SE543184C2 - Brandsäker bjälklagsbalk av stål med vertikala liv, horisontella flänsar och ett värmeisolerande material i ett utrymme mellan flänsarna - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser en bjälklagsbalk av stål uppvisande ett tvärsnitt bestående av minst två i huvudsak vertikalt orienterade liv (1,1') och en till livens överdel fixerad horisontell överfläns (2) samt en till livens underdel fixerad horisonell underfläns (3) utstickande utanför liven, utgörande upplag för bjälklag (4) av företrädesvis betongelement. En ytterligare horisontell fläns (5) är fixerad mellan liven (1,1') ett stycke ovanför underflänsen (3) samtidigt som ett utrymme mellan underflänsen (3) och flänsen (5) innehåller ett mot brand värmeisolerande material(6).

Description

Brandsäker bjälklagsbalk av stål Sedan 1970-talet har en speciell teknik med stor framgångutvecklats i Sverige och Skandinavien att bygga flervånings-byggnader med bärande stomme av stål i kombination med pre-fabricerade bjälklagselement av betong. Inkluderande och kän-netecknande för tekniken. är' bjälklagsbalkar~ av' stål. med, etthattliknande tvärsnitt sammansatt av två på ett avstånd frånvarandra vertikala liv, en horisontell överfläns fixeradupptill mellan liven samt en nedtill bredare horisontellunderfläns som sticker ut utanför liven. Denna underflänsutgör upplag för bjälklagselementen och innebär att balkarnablir integrerade inom bjälklagshöjden. Endast underflänsensundersida och kanter syns under bjälklagselementen. Balkar av denna typ benämns vanligen hattbalkar eller HSQ balkar.

En fördel med inom bjälklagshöjden integrerade stålbalkar äratt den totala bjälklagstjockleken begränsas, vilket är enklar fördel med tanke på att den tillåtna byggnadshöjden. iSverige, och även i övriga Skandinavien, normalt är begränsadi gällande detalj- och stadsplaner. En annan fördel är attenbart balkens underfläns kan bli exponerad för brand medanövriga delar av balken skyddas av omgivande betong. Detta ärviktigt då stålet hållfasthet och därmed balkens bärförmågaminskar vid uppvärmningen från branden. Detta i sin tur göratt exponerade ståldelar måste förses med någon lämpligtbrandskyddande isolering. Med enbart underflänsen exponeradminskar arean och därmed kostnaderna för att uppnå erforder- ligt brandskydd av balken.

Det vanligaste sättet att brandskydda denna typ av hattbalkarär att förse underflänsen med en brandskyddsfärg. Den främstafördelen med denna typ av brandskydd är att färgen har en tjocklek på storleksordningen endast någon millimeter och där- med inte ytterligare ökar den total bjälklagstjockleken. Ennackdel är dock den relativt höga kostnaden per kvadratmetermålad yta samt att utseendet ofta blir grovkornigt eller ele-fanthudsliknande, vilket inte minst många arkitekter upplevernegativt. En annan praktisk nackdel är att färgen inte får ut-sättas direkt för vatten, De flesta brandskyddsfärger är avmiljöskäl vattenbaserade. Själva målningsarbetet kräver dess-utom att luftfuktigheten är begränsad samt att temperaturen ärpå plussidan. Detta gör att målning bara kan göras när vädretså tillåter vilket i sin tur oftast innebär att nålning påplats kan ske först efter det byggnadens stomme är tillräck-ligt inbyggd eller väderskyddad. Att tidsmässigt bli be-gränsad att utföra brandskyddsmålningen enligt ovan kan störabyggproduktionen i övrigt. Ovanstående innebär också attbalkarnas brandmotstånd under byggtiden är begränsat, vilketutgör en potentiell risk om brand skulle uppstå under bygg-tiden. Målning i förväg på fabrik är å andra sidan oftast inteett alternativ på grund av stor risk för skador av den käns- liga färgen under transport och montering.

Den största tekniska nackdelen med brandskyddsmålning tordedock vara att brandskyddsfärgernas funktion bygger på att deexpanderar vid uppvärmning till ett mot branden isolerandeskikt med en tjocklek på storleksordningen 40-50 mm. Dettamedför att anslutning till den brandskyddsmålade underflänsenav installationer och olika byggnadsdelar, exempelvis inner-väggar och dylikt, som riskerar att förhindra färgens expan- sion, inte kan tillåtas.

På grund av bl.a. ovan nämnda problem med brandskyddsmålninghar hattbalkar i form av samverkansbalkar i stål och betongutvecklats, som innebär att underflänsen inte behöver brand-skyddas. En sådan balk är exempelvis känd genom det svenska patentet 437 364. Hattbalkens hålutrymme mellan liv och flän- sar fylls med betong. I nedre delen av betonggjutningen är ettantal längsgående, kraftiga armeringsjärn fixerade. När under-flänsen uppvärms och försvagas på grund av branden övertar deingjutna och. av betong värmeskyddade armeringsjärnen under-flänsens spänningsupptagande tvärsnittsfunktion. För att ståloch betong ska samverka statiskt och ej förskjutas i förhål-lande till varandra krävs någon lämplig form av tätt place-rade, till stålet fixerade anordningar som överför erforder-liga krafter mellan stålet och den armerade betongen. Då be-tonggjutningen sker först i samband med fogning av bjälklags-elementen på byggarbetsplatsen gäller på motsvarande sätt, somvid brandskyddsmâlade balkar, att brandmotståndet under bygg- tiden är begränsat.

En samverkansbalk av stål och betong enligt ovan är givetvisdyrare att tillverka jämfört med en hattbalk av enbart stålmen den högre tillverkningskostnaden kan i många fall för-svaras genom. att kostnaderna för brandskyddsmålningen utgåroch brandskyddsmålningens tekniska nackdelar enligt ovan und-viks. På senare tid har dock betong mer generellt börjat ifrå- gasättas inom byggbranschen av miljöskäl.

En tendens i samhället är vidare att kraven på brandskydd avstommar ökar. Inte minst gäller det stommar till större ochhögre byggnader där användningen av hattbalkar är mest frek-vent. Detta kan bl.a. konstateras i Boverkets förslag till EKSll som. kommer att ersätta. nu gällande EKS 10. I EKS doku-menten anges bl.a. kraven på olika konstruktioners bärförmågavid brand. I den typ av byggnader där ovan nämnda balkar van-ligen förekommer innebär förslaget enligt EKS ll att tidigarekrav på brandmotstånd i 60 minuter, eller krav på brandtekniskklass R 60, i många fall kommer att öka till 90 minuter eller till brandteknisk klass R 90. Vidare kommer i andra fall där tidigare R 60 eller R 90 krav gällde detta kunna komma att ökatill 120 minuter eller till brandteknisk klass R 120.

En ökning av kraven på brandmotstånd ökar kostnaderna för så-väl vanliga hattbalkar som. hattbalkar av samverkanstyp. Förvanliga hattbalkar krävs större mängd brandskyddsfärg. Ett såhögt krav som R 120 kan också i många fall bli svårt att upp-fylla med brandskyddsmålning. För samverkansbalkarna krävs större mängd armering med ökade kostnader som följd.

Föreliggande uppfinning löser ovan nämnda problem och innebären hattbalk av stål som uppfyller ökade krav på brandmotståndutan motsvarande ökade kostnader, och där något behov inte fö-religger vare sig av brandskyddsmålning eller igjutning avbalken med samverkande armerad betong. Balken har också ettredan från fabrik inbyggt brandskydd, vilket gör att brand under byggtiden kan hanteras.

Uppfinningen beskrivs närmare under hänvisning till bifogad ritning, där Fig. 1 visar ett tvärsnitt av balken enligt uppfinningen.

Med hänvisning till figur 1 visas hur hattbalkstvärsnittet avstål på känt sätt är sammansatt av två i huvudsak vertikalaliv 1,1', en horisontell till livens överdel fixerad över-fläns 2 och en utanför livens underkant utstickande horison-tell underfläns 3 utgörande upplag för bjälklag 4 av företrä-desvis prefabricerade betongelement. Ett stycke ovanför under-flänsen finns ett mellan och till respektive liv 1,1' fixeradhorisontell extra fläns 5. Mellan flänsen. 3 och flänsen 5finns ett brandskyddande material 6. Detta kan företrädesvisutgöras av en ca 20 mm tjock stenullsisolering med hög den- sitet.

Ett vid höga temperaturer högvärdigt värmeisolerande material6 under flänsen 5 i kombination med den utanför liven l,l'ochovanför överflänsen 2 belägna betongen 4 med en hög värmeupp-tagande förmåga, innebärande ett kraftigt värmestrålningsut-byte från flänsen 5 inom balkens hålutrymme till de av beton-gen kylda och svalare liven l,l'respektive överflänsen 2, göratt den extra flänsens 5 temperaturökning vid brand begränsas.Därmed kommer flänsen 5 att kunna tillses ha full hållfasthetäven vid en nwcket långvarig brandpåverkan under balken ochkompensera bärighetsmässigt för den av branden exponerade och därigenom försvagade underflänsen 3.

Förhållandet mellan tjockleken på balkens underfläns 3, över-fläns 2 samt fläns 5 kan anpassas i förhållande till varandraoch till värmeisoleringsförmàgan hos isoleringen 6, så att enoptimal bärförmåga erhålls för balktvärsnittet såväl vid brottlastdimensionering som vid dimensionering mot brand.

Claims (3)

f

1. - Bjalklagsbalk av stål med ett tvärsnitt uppvisande minsttvâ i huvudsak vertikalt orienterade liv (l,l'), en till li-vens överdel fixerad horisontell överfläns (2), en till livensunderdel fixerad horisontell underfläns (3) utstickande utan-för liven, utgörande upplag för bjälklag (4) av företrädesvisbetongelement, kånnetecknad av att en ytterligare horisontellfläns HM är fixerad nællan liven (l,1') ett stycke ovanförunderflänsen (3) samtidigt som ett utrymme mellan underflänsen (3) och flänsen (5) innehåller ett mot brand värmeisolerande material (6).

2. Bjälklagsbalk av stål enligt patentkrav 1, kännetecknad avatt det mot brand värmeisolerande materialet (6) är fixerat i balken redan vid tillverkningen av densamma.

3. Bjälklagsbalk av stål enligt patentkrav 1 eller 2, känne-tecknad av att det mot brand värmeisolerande materialet (6) utgörs av stenull med hög densitet.