Temperaturberäkningar i utvändig brandutsatt stålkonstruktion : FDS kombinerat med TASEF i jämförelse med Eurokod

Abstract: Loftgångskonstruktioner på bostadshus är idag vanligt förekommande. De här ger de boende tillgång till sina lägenheter och ger möjlighet att utrymma vid händelse av brand. Eftersom en loftgång räknas som en utrymningsväg ställs det också brandtekniska krav på konstruktionen.

Syftet med den här studien är att utvärdera vilka temperaturer som kan uppstå i en utvändig stålpelare i en typisk loftgångskonstruktion. Detta har gjorts genom användning av två beräkningsprogram, FDS och TASEF. Den adiabatiska yttemperaturen kan beräknas med hjälp av utdata från FDS för att sen användas som indata i TASEF. En del av syftet var också att undersöka om den här kombinerade användningen av programmen fungerar och är möjlig att använda vid dimensionering. Målet är att undersöka hur en konstant effektutveckling, med varierad storlek, påverkar pelarens ståltemperatur. Ståltemperaturer över en kritisk nivå på 550°C anses vara så pass höga att pelaren förlorat för stor del av sin hållfasthet.

Den använda geometrin bestod av ett brandrum med en öppning, där en loftgång var placerad precis ovanför öppningen. För att i ett senare skede göra det möjligt att förändra pelarnas dimension och material är de inte en del av geometrin i FDS. De tänkta pelarnas position var utmed loftgångens ytterkant på samma avstånd från fasaden. En var placerad i öppningens centrumlinje och en i linje med öppningen kant. Temperaturer i stålet beräknades två-dimensionellt på tre olika höjder.

Tre olika simuleringar gjordes i FDS där effektutvecklingen var den enda parameter som förändrades. En konstant effekt på 6, 8 och 10 MW användes men endast simuleringen med 6 MW visade sig vara användbar för vidare analys.

Den maximala ståltemperaturen som beräknades från FDS och TASEF efter en timme blev 820 °C på mittenpelarens översta höjd. Detta kan jämföras med 750 °C som var temperaturen på den andra pelaren vid samma tidpunkt och på samma höjd. De maximala temperaturerna uppstod på sidor vända mot branden och samtliga överstiger 550 °C. På de två lägsta av de undersökta höjderna uppkommer inte stålets temperatur till kritisk nivå på sidor vända från branden. På de här sidorna är det även tydligt att värme har transporterats inom pelaren eftersom den adiabatiska yttemperaturen är lägre än ståltemperaturen.

Resultaten för mittenpelaren från beräkningsprogrammen jämförs med motsvarade resultat från Eurokod. Det är ståltemperatur, gastemperatur i brandrummet och utmed balkongen som jämförs. Det visades att resultaten från Eurokod gav lägre temperaturer. En anledning skulle kunna vara att flera antaganden görs i följd och därmed kan slutresultatet bli orealistiskt. Den numeriska modellen att använda FDS för att få fram parametrar till adiabatisk yttemperatur för att sen använda detta som input i TASEF visade sig fungera bra.

En validering med fullskaletest var eftersökt och gjordes i den mån det var möjligt. I de testen som studerades var det många parametrar som skilde sig från aktuell situation, vilket gjorde jämförelsen svår. Skillnaderna som fanns i testen var bland annat effektutvecklingen, pelarnas placering eller att balkong saknades i geometrin