Burðarvirki

Í 7. kafla byggingarreglugerðar eru skilgreind meginmarkmið brunavarna. Þar segir að ef eldur kemur upp í mannvirki eigi burðargeta þess að haldast í fyrirskrifaðan tíma og tryggja eigi öryggi manna sem vinna við slökkvi – og björgunarstörf sem allra best.

Hönnun á brunamótstöðu burðarvirkja

Í brunahönnun er tekið mið af brunaáraun og formbreytingum af völdum hita í burðarvikjum. Notast er við staðla fyrir stálvirki, timburvirki og steinsteypuvirki. Brunaáraun getur verið mismunandi og getur verið ákvörðuð útfrá stöðluðu brunaferli eða raunverulegu brunaálagi.  Aðalmálið er að burðarvirki haldi allan bruna- og kólnunartímann. Brunahönnun burðarvirkja er eðlilegur hluti af brunahönnun bygginga, en byggingarreglugerð gerir kröfu um brunahönnun í eftirfarandi tilvikum:

• Húsnæðið er með stærri samanlagðan gólfflöt en 2000 m².
• Húsnæði er ætlað fólki sem er illa fært um að bjarga sér úr bruna.
• Iðnaðar og geymsluhús þar sem brunaálag er meira en 400MJ/m² gólfflatar.
• Þar sem vænta má stórbruna eða sprenginga.

Burðarvirki geta verið óeldvarin ef hönnun þeirra gerir ráð fyrir að þau standist bruna- og kólnunartíma (sjá hér fyrir ofan)  og er þá reyklosun oftast einn þátturinn. Algengt er að eldverja aðalburðarvirki til að ná þessum markmiðum. Er það gert með steinullareinangrun og klæðningu í flokki eitt, eldvarnamálningu eða öðrum viðurkenndum efnum og aðferðum, jafnvel vatnsúðakerfi.

Athugið: Varasamt getur verið að rýra burðarþolið með því að bora eða saga í burðarvirki, við það missa þau hluta af styrk sínum.

Sé um sambyggðar byggingar að ræða þarf að huga vel að stöðugleika burðarvirkja í eldi, meðal annars með það í huga að ef  burðarvirki í lengju sambyggðra bygginga gefa sig og falla, gætu þau skekkt eða jafnvel togað niður burðarvirki næstu byggingar. Einnig þarf að huga að hitaþenslum og leiðni einkum í stálvirkjum.

Reyklosun til varnar burðarvirkjum

Í byggingum sem ekki standast kröfur sem gerðar eru til burðarvirkja geta burðarvirkin gefið sig í eldi nema einhverjar mótvægisaðgerðir komi til.

Í iðnaðar- og geymsluhúsum getur reyklosunin verið um viðurkennda auðbrennanlega þakklæðningu sem oft er miðað við að sé 5% af gólfflatarmáli hússins. Þessi klæðning á að bráðna áður en hitastigið nær 450°. Best er að nota polycarbonat plast (PC) en það drýpur ekki logandi dropum eins og acrylplastið.

Í iðnaðar- og geymsluhúsum >1000 m² á alltaf að vera viðurkenndur reyklosunarbúnaður sem yfirleitt eru reyklúgur sem opnast við boð frá reykskynjara eða eru á bræðivari, heildarflatarmál slíks búnaðar er oftast  mun minna en þess auðbrennanlega.

Ætíð skal hafa það í huga að burðarvirki geta gefið sig í eldi. Þetta geta verið aðalburðarvirki byggingarinnar eða burðarvirki innan hennar, eins og burðarvirki milligólfa eða hillurekka. Hafa ber í huga að brot á súlum veldur yfirleitt sneggra hruni en brot á bitum.

Merkingar á teikningum

Burðarvirki bygginga eru mismunandi að gerð en eiga að standast brunaálag í einhvern tiltekinn tíma og eru þá oftast merkt R-30 eða meira á teikningum, allt eftir notkun og stærð bygginga. Hæðaskil eru oftast merkt REI60 en hæðaskil á milli íbúða REI90.

Lágmarks burðar- og brunaþol burðarvirkja í mismunandi húsnæði:

• Einbýlishús: REI30; úveggir, milliv., súlur bitar, hæðaskil
• Einbýlishús: REI60; hæðaskil yfir bílskúr eða bílskýli
• Fjölbýlishús: REI-M120; á milli stigahúsa
• Iðnaðarhús: REI60; kjallari frá efri hæðum
• Iðnaðarhús: 200-1000 m²;  einangruð burðarvirki eða reyklosun
• Iðnaðarhús: R30; brunamótstaða milligólfa, ath. þunga
• Bílageymslur: REI90; nær lóðamörkum en 3 m.
• Bílageymslur: REI-M120; nær lóðamörkum en 1 m.
• Gripahús: REI-M120; á milli gripahúss og hlöðu
• Vélahús: REI-M120; á milli vélahúss og hlöðu/gripahúss

Algeng byggingarefni

Mismunandi byggingarefni eru notuð í burðarviki. Hér á landi er algengast að burðarvirki séu staðsteypt úr járnbentri steinsteypu en einnig er nokkuð um strengjasteypu. Timbur þar með talið límtré, og stálburðarvirki eru nokkuð algeng í stórum mannvirkjum, einkum einnar hæðar skemmum, og eru stálgrindarsperrur þar í mikilli sókn. Algengt er að burðarvirki efstu hæða sé úr léttari efnum en burðarvirki neðstu hæða og eru minni kröfur á efstu 12 metrum bygginga, reiknað frá gólfi efstu hæðar eða R60, en burðarvirki þar fyrir neðan R120 og R30 fyrir ofan efstu gólfplötu.

Steinsteypa

Steinsteypa hefur háan þrýstistyrk en lágan togstyrk. Því er steypan oftast styrkt með járnum til að taka við togkröftum.  Ef burðarvirki eru úr hefðbundinni járnbentri staðsteypu er hætta á hruni mun minni en ef burðarviki eru úr forspenntri steinsteypu. Afgerandi þáttur er hver þykktin á steypunni er inn að styrktarjárnunum. Það tekur töluverðan tíma fyrir varma frá eldi að hita steypuna það mikið að það hafi áhrif á járnbendinguna en þó þarf að fylgjast með því hvort steypan flagnar.

• Við 300° C hefur venjulegt bendistál misst óverulegan styrk.
• Við 600° C er nær allur burðarstyrkur farinn úr því.
• Við staðlaðar eldþolstilraunir á járnbentum steinsteypubitum kom í ljós, að þegar yfirborðshiti er 1000° í eina klukkustund er hitinn 5 – 10 cm. inni í bitanum um það bil 300°, hafa þá þolmörk steypunnar minnkað verulega. Hætta er á að langir steinsteypubitar geti spyrnt út veggjum við mikla hitaaukningu. Hætta stafar af strengjasteypubitum bæði í og eftir eldsvoða.

Steinsteypa er meðal traustustu byggingarefna og eru 8 cm. járnbentir veggir og hæðaskil talin vera eldtraust í 60 mínútur.

Forspennt steinsteypa

Ef vandað er til hönnunar og frágangs bygginga með burðarvirki úr strengjasteypu má segja að þær séu nokkuð góðar brunatæknilega séð en geti verið varasamar ef brunaálagið er mikið.

• Við að hitna í 200° C halda betri tegundir af stáli eins og notað er í strengjasteypu um 80% af upprunalegum styrk sínum.
• Við að hitna í 400° C er stálið í strengjasteypunni búið að missa meira en 60% af styrkleikanum. Af þessu sést að burðarþol strengjasteypu í eldi minnkar verulega við að hitna í 200 – 300°.

Ef  einn burðarás, veggur eða súla gefur sig getur öll byggingin hrunið eins og spilaborg.

Burðarvirki úr forsteyptum einingum geta verið hættuleg í og eftir eldsvoða.

Stálburðarvirki

Stálburðarvirki geta verið af margvíslegri gerð, það geta verið súlur, sperrur, bitar o.fl. Í iðnaðar- og geymsluhúsum eru burðarvirki mjög oft úr stáli, sérstaklega þakburðarvirki. Þegar breytingar verða á starfsemi í slíkum húsum til dæmis með því að breyta þeim í verslunarhúsnæði, þá gilda önnur sjónarmið sem krefjast aukinna brunavarna og þarf þá að fara fram brunatæknileg úttekt á þeim, í framhaldinu fylgir oftast brunahönnun. Í brunahönnun eru margvíslegar aðferðir notaðar til að ná ásættanlegu öryggi, e.o. sjálfvirk reyklosun tengd viðvörunarkerfi, vatnsúðakerfi o.fl.

Ef hitinn í stálburðarvirki fer í 500° C má reikna með að það geti orðið skyndilegt hrun (einkum á súlum) eða þá að stálið sígur niður (einkum bitar). Óeldvarið stál hefur um það bil 10 mínútna brunamótstöðu, því er nauðsynlegt að eldverja stálburðarvirki þar sem hiti getur farið yfir 450° C.

Mikil varmaleiðni er í stáli.

Grindarsperrur

Kraftsperrur úr stáli eru mjög varasamar í eldi þó svo að reykræst sé því þær eru yfirleitt efnislitlar og geta fallið niður eftir tiltölulega skamman tíma í eldi, til dæmis vegna staðbundins lítils elds sem næði að hita hluta slíkrar sperru uppfyrir þolmörk hennar.  Ef grindarsperra gefur sig gæti það haft áhrif á stöðugleika byggingarinnar. Í fallinu getur hún togað með sér aðra byggingarhluta eins og súlur, sperrur og veggi, og með því valdið umtalsverðu hruni.

Ef slíkri byggingu er skipt niður í brunahólf eða brunasamstæður þarf að athuga hvort veggirnir á milli hólfanna kæmu til með að þola slíka áraun.

Í því sambandi er aðeins hægt að treysta á eldvarnaveggi og að sama sperran sé ekki þakburðarvirki tveggja eða fleiri brunahólfa.  Í flestum tilfellum er nauðsynlegt að eldverja burðarvirki úr stáli.

Tréburðarvirki

Timburbyggingar eru algengar og eru burðarvirki þeirra yfirleitt ekki varin sérstaklega heldur er treyst á þykkt burðarvirkja því timbur missir ekki styrk sinn á sama hátt og t.d. stál. Föst efni þurfa ákveðið hitastig til að í þeim kvikni (íkveikjumark). Gasmyndun frá tré byrjar við 200 – 250° C upphitun. Yfirleitt þarf að hita efnið upp í um 300 – 400° C til að það gefi frá sér nægjanlegt magn af brennanlegum gufum til að hægt sé að kveikja í því  með loga. Við að hita það upp í rúmlega 400° C kviknar í því án þess að loga sé beint að því. logarnir auka á brunahraðann og hitinn í rýminu eykst mikið.

Ef timburburðarvirki eins og límtrésbitar eru hafðir það efnismiklir að þeir haldi styrk þó að eitthvað brenni utan af þeim (brunahraði þess er talinn vera 0,7 mm. á mínútu) er ekki talin þörf á að eldverja þá sérstaklega ef þeir halda burðarþoli í tiltekinn tíma.

Ekki er hægt að treysta blint á að límtrésburðarvirki séu örugg í eldsvoða. Það fer eftir lögun þeirra og þá sérstaklega þykkt miðað við hæð hvort hætta sé á að þeir velti eða hreinlega brotni í eldi. Stálfestingar eru algengar í burðarvirkjum úr límtré og eru oft veikur hlekkur.

I bitar sem stundum eru notaðir í hæðaskil geta einnig verið varasamir í eldi.

Í timbri eru hitaleiðni og hitaþensla léttvæg. Styrkur þess breytist ekki við upphitun eða vatnskælingu.

Blönduð burðarvirki

Mikið er um að samsetningarefni og ásetur séu úr járni og þar gæti veikasti hluti burðarvirkja verið í eldi, t.a.m. eru ásetur límtrésbita og sperra oft  óeldvarðar stálskúffur boltaðar í steinsteyptan útvegg. Gataplötur eins og BMF tengin hafa yfirleitt ekki meira en 5-7 mín togþol í bruna. Togfestingar ætti því alltaf að eldverja. Boltar og önnur festingaefni eiga að vera af viðurkenndri gerð.

Athugið: Það eru til dæmi um að burðarvirkjum hafi verið breytt án aðkomu hönnuðar að málinu og samþykkis byggingaryfirvalda, en slíkt er með öllu óheimilt.

Reglugerðarákvæði

Í iðnaðar og geymsluhúsum eru íbyggingareglugerð eftirfarandi ákvæði um burðarvirki:

• “Í einnar hæðar byggingu sem er minni en 200 m² að gólfflatarmáli er ekki gerð sérstök krafa um brunamótstöðu burðarvirkja enda sé ekki mikil eldhætta af starfseminni að mati byggingaryfirvalda”.
• Í einnar hæðar byggingu 200 – 600 m² a.m.k. R30
• Í einnar hæðar byggingu > 600 m² a.m.k. R60
• Hús 200 m²- 1000 m² eiga að hafa viðurkenndan reyklosunarbúnað sem miðast við að meðalhitastig í reyklagi sé innan við 450° C. Að öðrum kosti sé eldvörn a.m.k. R60.
• Hús stærra en 1000 m² skal hafa viðurkenndan  reyklosunarbúnað.

Reyklosun getur verið afgerandi þáttur til að verja burðarvirki gegn hruni.