I konstruksjoner settes det en rekke spesifikke brannkrav til de forskjellige byggematerialene som kan brukes. Dette kan være krav til vegger, tak, gulv, tak og vinduer og dører.
For at en bygningskomponent skal oppfylle et bestemt brannkrav, må alt materialet som inngår i konstruksjonen, oppfylle det samme kravet. Dette betyr at en bygningskomponent med et brannkrav på R30 bare kan inneholde materialer med samme brannmotstand.
Alle nye bygninger må oppfylle kravene i de nyeste byggeforskriftene. Alle ombygginger og renoveringer må ikke ha dårligere brannegenskaper enn resten av konstruksjonen de er en del av.
Krav til brannsikkerhet for bygningsmaterialer er satt for å øke sikkerheten i tilfelle brann. Skulle ulykken være ute, er det avgjørende for beboere og redningspersonell at man kan stole på at byggematerialene ikke kollapser raskere enn forventet. Disse sikkerhetsforanstaltninger kan til slutt redde liv.
Avhengig av forskjellige krav, har de enkelte byggematerialene en spesifisert brannmotstand (R30, R60, etc.). R30 betyr for eksempel at et materiale i en "standard brann" og under en gitt belastning er stabilt i 30 minutter.

Tester i henhold til EN 13501-2 og EAD 130186-00-0603

Simpson Strong-Tie har utført en serie tester på forskjellige bygningsbeslag i samsvar med EN 13501-2 og EAD 130186-00-0603 for å dokumentere beslagenes brannmotstand.
Det er utført tester på bjelkesko, skjulte bjelkebærere og endetrebeslag. Bjelkesko er testet både med og uten et beskyttende trelag. Skjulte bjelkebærere og endetrebeslag er allerede beskyttet av et trelag på grunn av deres design og funksjon.

Ubeskyttet forbindelse med bjelkesko

For å finne brukbare verdier for beregning i forhold til brann, har vi undersøkt bæreevnen til bjelken i tilfelle brann.
Å utføre en branntest har gitt viktig informasjon om beslagets bæreevne. Konstruksjonen som ble brukt til testen, skulle oppnå samme ytelse som en ekte. En forbindelse med ubeskyttet bjelkesko GSE (med 4 mm tykkelse) ble testet i et tidsintervall på 30 minutter. GSE-bjelker med ytre fliker brukes til å montere trebjelker i samme plan.

Den karakteristiske bæreevnen etter branneksponering i 30 minutter

Art. nr.	Bjelkebredde [mm]	Bjelkehøyde [mm]	Rk,30,fi (kN)
GSE380/100/4	100	140	1,00
GSE440/100/4	100	170	2,52
GSE500/100/4	100	200	3,55
GSE540/100/4	100	220	4,72
GSE600/100/4	100	250	7,30
GSE660/100/4	100	280	8,65

GSE bjelkesko er bestillingsvare.

 

Følgende formel må kunne verifiseres

E_d,fi ≤ R_d,30,fi

Hvor

• E_d,fi er den beregnede effekten av belastninger under brann    
• R_d,30,fi er den tilsvarende regningsmessige bæreevne under brann i det tilsvarende tidsintervallet (30 minutter)

Den beregnede effekten av belastninger under påvirkning av brann beregnes med følgende formel:

E_d,fi = ƞ_fi x E_d 

Hvor

• E_d er den beregnede effekten av belastninger ved normal temperatur
• ƞ_fi er en reduksjonsfaktor for regningsmessige last under brann

Den beregnede bæreevnen under en brann beregnes med følgende formel:

R_d,30,fi = R_k,30,fi / γ_M,fi

Hvor

• R_k,30,fi representerer den karakteristiske bæreevnen etter branneksponering i tilsvarende tidsintervall (30 minutter) - se tabell ovenfor
• γ_M,fi er delvis koeffisient for tre under brann, anbefalt å være 1

 

Eksempel:

Basert på et bjelkelag i konstruksjonsvirkeklasse C24. Den valgte profilen for bjelker bxh er 100x200 mm, har et spenn på 4,4 m og en bjelkeavstand e på 0,5 m. Lastene som påvirker bjelkelaget er:
egenlast G_k = 1,2 kN/m² og nyttelast Q_k = 2,0 kN/m².
En bjelkesko GSE500/100/4 er valgt.

Vi starter med å finne regningsmessige last E_d er definert som:

E_d = (γ_G x G_k + γ_Q x Q_k) x e x (L / 2)

Hvor 

• γ_G er en sikkerhetsfaktor for permanente belastninger (= 1,35) i forhold til EN1995-1-2
• γ_Q er sikkerhetsfaktor for variable belastninger (= 1,5) i forhold til EN1995-1-2

Regningsmessig last vil være som følger:
E_d = (1,35 x 1,2kN / m² + 1,5 x 2kN / m²) x 0,5 m x (4,4 m / 2)
     = 1,62 + 3) x 1,1 
     = 5,08 kN

For å finne den regningsmessige belastningen i tilfelle brann E_d,fi, beregne først reduksjonsfaktoren ƞ_fi:

ƞ_fi = (G_k + ψ_fi x Q_k) / (γ_G x G_k + γ_Q x Q_k)

Hvor

• ψ_fi er en kombinasjonsfaktor for variable belastninger under brann (= 1) i forhold til EN1990

Reduksjonsfaktoren vil være:

ƞ_fi  = (1,2 + 1 x 2) / (1,35 x 1,2 + 1,5 x 2)
     = 3,2 / 6,24
     = 0,51

ƞ_fi = 0,6 er valgt i henhold til anbefalingene i EN1995

Nå kan den beregnede belastningen i tilfelle brann E_d,fi beregnes:

E_d,fi = ƞ_fi x E_d
       = 0,6 x 5,08
       = 3,048 kN 

Den beregnede bæreevnen til beslaget i tilfelle brann R_d,30,fi beregnes:

R_d,30,fi = R_k,30,fi / γ_M,fi  

Hvor

• R_k,30,fi er den karakteristiske bæreevnen etter branneksponering i 30 minutter, som er gitt i tabellen over (= 3,55 kN for GSE500/100/4)
• γ_M,fi er sikkerhetsfaktoren for tre under påvirkning av brann, anbefalt verdi = 1,0

Den beregnede bæreevnen i tilfelle brann er således:

R_d,30,fi = 3,55 / 1 
           = 3,55 kN

For at forbindelsen skal godkjennes, må formelen verifiseres:
E_d,fi ≤ R_d,30,fi       
3,048 ≤ 3,55  →  resultat er OK

 

Beskyttet forbindelse med bjelkesko

For å kunne bruke andre typer bjelkesko, som BSNN (2 mm tykk), er det nødvendig å beskytte dem med ekstra trebekledning, trebaserte platematerialer eller gipsplater. I Eurocode 5-1-2 avsnitt 6.2 .1.2 finnes spesifiserte regler i forhold til beskyttelse av beslaget.

Det må være mulig å verifisere med følgende formel:

t_ch ≥ t_req - 0,5 x t_d,fi

Hvor 

• t_ch er tiden til begynnelsen av brannen
• t_req er den nødvendige brannmotstanden for standard brann
• t_d,fi er brannmotstanden til den ubeskyttede forbindelsen (t_d,fi = 15 for spiker, skruer og bolter, t_d,fi = 20 for dorn) - Jf. EN1995-1-2 tabell 6.1

Eksempel:

En forbindelse med spikret bjelkesko BSNN beskyttet med gipsplater for å motstå brannen i 30 minutter, tiden til brenningen begynner:

t_ch ≥ 30 - 0,5 x 15 = 30 - 7,5 ≥ 22,5 min

Dette betyr at forbindelsen først må begynne å brenne etter 22,5 minutter for å ha en brannmotstand på 30 minutter.

For å være i stand til å sikre den nødvendige brannmotstanden, er det en forutsetning at kantavstanden afi er lik eller større enn den som er beregnet med følgende formel gitt i Eurokode 5-1-2:

a_fi = β_n k_flux (t_req - t_d,fi)

Hvor 

• β_n er innbrenningshastigheten i henhold til tabell 3.1 i EN1995-1-2
• k_flux er en koeffisient for økt varmestrøm gjennom beslaget  (k_flux = 1,5)
• t_req er den nødvendige brannmotstanden for standard brann
• for eksempel er t_d,fi brannmotstanden til den ubeskyttede beslaget i henhold til tabell 6.1 i EN1995-1-2

Eksempel:

a_fi = 0,8 mm/min x 1,5 (30 min - 15 min)
    = 0,8 mm/min x 1,5 x 15 min 
    = 18 mm

Det vil si at gipsplater som kreves for beskyttelse må ha en tykkelse på min. 18 mm for å sikre en brannmotstand på 30 minutter.

 

 

Endetresbeslag

Endetrebeslag brukes til skjulte bjelke/ bjelkesamlinger og til søyle / bjelkesamlinger. For endetrebeslag er det viktig å velge det eksakte beslaget som tilsvarer den angitte bjelkeprofilen. Tabellen nedenfor viser de nødvendige ETB-beslagene som skal brukes for å sikre en brannmotstand på 30 minutter, avhengig av bjelkens profil og lengden på skruen (se tabell 2).

Den karakteristiske bæreevnen etter branneksponering i 30 minutter

	Beslag	Brannmodstandsevne C24 Tre
		30 min	60 min
dg	ETS	10	30
	ETB, EL / ELS	30	-

For detaljert info henv. til ETA-07/0246

 

Art. nr.	Bjelkebredde [mm]	Bjelkehøyde, mm
		med skruer 5,0x60	med skruer 5,0x70	med skruer 5,0x680
ETB90	120	120	125	135
ETB120	120	155	160	170
ETB160	120	200	200	205
ETB190	135	225	230	240
ETB230	135	260	270	275

Eksempel:

En bjelke i konstruksjonsvirke C24 med profil bxh 120x200 mm må tåle brann i 30 minutter under påvirkning av 3 sider (side, bunn, side). Da skruene som brukes i forhold til bæreevnen er 5,0 x 70 mm, er beslag type ETB160-B er valgt, sammenlignet med forrige tabell.

Produktkatalogen sier at ETB160-beslaget har en bredde på 60 mm og en høyde på 166 mm. Med en bjelkebredde på 120 mm vil kantavstanden være d_g:

d_g = (bredde på bjelken - høyden på beslaget / 2)
    = (120 - 60) / 2
    = 30 mm

d_g = 30 mm > 30 mm (krav)

Bjelkenes høyde undersøkes:

beslagets høyde + d_g = 166 + 30 = 196 mm < 200 mm

Dvs. at ETB160 er OK

 

 

Skjulte bjelkebærere

For skjulte bjelkebærere BTN, BT4 og BTALU, må det tas hensyn til det omkringliggende treverket og samtidig beskytte beslaget.
Bjelkebærerne brukes til skjulte samlinger av trebjelker eller skjulte bjelke / søylesamlinger (BTN eller BTALU). Det kan uføres samlinger med loddrett helling på opp til 45°. For en aktuell tømmerhøyde velges beslaghøyde ca. 40 mm mindre enn denne. BTN90 og BT4-90 kan imidlertid brukes i en tømmerhøyde på 100 mm.

I følge Eurocode-5 1-2 er det tre dimensjoner som skal verifiseres:

t₁, a_fi, d_g 

• t₁ representerer tykkelsen på sidestykket

Følgende formel må brukes for å finne den nødvendige tykkelsen på sidestykket:

• t₁ = max {50;50 + 1,25 (d - 12)} - Jf. EN1995-1-2 6.2.2.1

Hvor 

• d er diameteren på bolten eller dybelen i mm
• a_fi representerer ekstra tykkelse for å øke bæreevnen til beslaget / tykkelsen på innlimte treplugger

Den beregnes med samme formel som før:

a_fi = β_n k_flux (t_req - t_d,fi)

• d_g er spaltedybden (avstanden mellom beslagets kropp og bjelken d_g); det kan også være tykkelsen på innlimte treplater som kan brukes til å beskytte kanten av beslaget d_g

Nødvendig spaltedybde d_g er gitt i forhold til tykkelsen på stålplaten i tabellen nedenfor:

Eksempel:

En forbindelse med en skjult bjelkebærer BTN160 med 12 mm dybel som er innebygd i 115x200 mm trebjelke med krav om 30 minutters brannmotstand når den utsettes for 3 sider (side, bunn, side).

Bjelkebredde

• Den nødvendige tykkelse på sidestykket: 
  t₁ = {50; 50+1,25(12-12)} = 50 mm
• Det vil si at den totale bjelkebredden må være min. 
  b_N = 50+6+50 = 106 mm (tykkelsen på beslaget er 6 mm). Dette kravet er oppfylt da den valgte bjelkebredden er 115 mm
• I følge tabellen på forrige side er spaltebredden d_g2 = 20 mm (maks. spaltebredde 3 mm). Det vil si at den totale bjelkebredden må være min. b_N = 20 + 46 + 20 = 86 mm (bredden på beslaget er 46 mm). Dette kravet er oppfylt ettersom den valgte bjelkebredden er 115 mm. (Kravet til d_g2 kan reduseres til 10 mm med en spaltebredde på maks. 1 mm)

Bjelkehøyde

• En trelist limes i bunnen for å beskytte beslaget. Tykkelsen på listen må tilsvare bredden på beslaget (slissens bredde) som er ca. 6 mm. Dybden på listen kan leses i tabellen til d_g1 = 10 mm. Fra dette kan minste høyde på bjelken trekkes: h_N = 160 + 10 = 170 mm (høyden på beslaget er 160 mm). Dette kravet blir oppfylt da den valgte bjelkehøyden er 200 mm.

Dybler

• Dyblene beskyttes av treplugger på min.  

a_fi = β_n x k_flux x (t_req – t_d,fi)

Hvor     

• β_n er innbrenningshastigheten = 0,8 mm / min for C24-tre
• k_flux er en koeffisient for økt varmestrøm gjennom beslaget, k_flux =1,5
• t_req er den nødvendige brannmotstandsevne for standard brann, 30 min.
• t_d,fi er brannmotstandsevne til det ubeskyttede beslaget, 20 min. for dybelforbindelser

a_fi = 0,8 x 1,5(30-20) = 12 mm

• Det skal bemerkes at det på 30 minutter ikke er et krav at treplugger brukes - et luftspalte på 12 mm er nok, men plugger anbefales.
• Lengden på dyblene velges typisk basert på bredden på bjelken, som bestemmer bæreevnen. Hvis dyblene forkortes med 2 x a_fi, må en redusert bæreevne benyttes. Alternativt kan du øke bredden på bjelken med 2 x a_fi.