16.6 Dimensionering och utförande

För det första ska man överväga förhållandet mellan den brandpåverkade balkens tvärsnittsbredd och -höjd. Som exempel kan man ta två limträtvärsnitt som är utsatta för brand på tre sidor och som har olika förhållanden mellan bredd och höjd men samma böjmotstånd. De har då samma bärförmåga vid böjmoment under normala förhållanden, se figur 16.18. Dessa tvärsnitt kallas här för ”brett” och ”smalt”.

Figur 16.19 visar olika beteende under brandpåverkan för ”brett” (med stort förhållande mellan bredd och höjd) och ”smalt” (med litet förhållande mellan bredd och höjd) tvärsnitt. Det smala tvärsnittet är typiskt för en limträbalk.

För större bredd-höjdförhållanden visar kurvorna en mindre brant nedgång och därför förlorar det breda tvärsnittet bärförmågan något långsammare än det smala, se figur 16.19, vänster. I exemplet är balkstorlekarna 220 × 240 mm (“brett” tvärsnitt) och 160 × 280 mm (“smalt” tvärsnitt) och beräkningarna har gjorts enligt metoden för effektiva tvärsnitt (med en korrektion på ungefär 1 procent för att ge de båda tvärsnitten samma initialbärförmåga vid böjmoment).

Anta att en viss bärförmåga krävs vid tiden t från början av brandpåverkan. Om man har två tvärsnitt med samma bärförmåga efter en given tid (till exempel t = 60 minuter) så har ett smalt tvärsnitt hela tiden före tidpunkten t bättre bärförmåga vid böjmoment. Fortsättningsvis innebär valet av ett smalt tvärsnitt bättre bärförmåga ända till tiden t. Linjerna i figur 16.19, höger har samma bärförmåga efter tiden t = 60 minuter för limträ när initialtvärsnitten är 200 × 200 mm (”brett” tvärsnitt) och 140 × 280 mm (”smalt” tvärsnitt). Också i detta fall gjordes en liten korrektion (ungefär 1 procent) för att de två tvärsnitten skulle ha samma slutliga bärförmåga vid böjmoment.

Det är också utomordentligt viktigt att ta hänsyn till beteendet av axiellt tryckta limträpelare för vilka stabilitet mot knäckning blir viktig under brandpåverkan, vanligtvis från alla fyra sidor.

När pelaren är kontinuerlig över flera våningsplan (olika brandceller) och när den är en del av en stabiliserad ram, kan man anta fördelaktigare randvillkor än vid dimensionering vid normal temperatur. I de mellanliggande våningsplanen kan pelaren antas vara fast inspänd i båda ändarna, medan den i det översta våningsplanet kan antas vara fast inspänd i den nedre änden, se figur 16.20. Pelarlängden L kan antas vara som visas i samma figur.

En pelares stabilitet under brandpåverkan kan bli kritisk även när slankhetstalet är litet och det erforderliga brandmotståndet är måttligt.

Några exempel visas i figur 16.21 för limträpelare i hållfasthetsklass GL24h med kvadratiskt tvärsnitt med sidlängden 160, 200 och 240 mm och höjden l₀ = 3 000 mm. Motsvarande slankhetstal λ_y är sålunda ungefär 65, 52 och 43. Reduktionsfaktor η_fi, se ekvation 16.5, för lastens dimensioneringsvärde har antagits vara 0,5, 0,6 och 0,7. Värdet η_fi = 0,6 rekommenderas i SS-EN 1995-1-2, förutom för variabla laster i kategori E (lagerutrymmen), där det rekommenderade värdet är η_fi = 0,7.

Horisontella koordinaten för varje punkt med vertikal koordinat 1,0 definierar därför, för godtycklig kombination av slankhetstal λ_y och reduktionsfaktor η_fi, värdet på brandmotståndet i minuter.

Figur 16.21 visar att endast pelare med slankhetstal λ_y mindre än 50 och η_fi ≤ 0,6 tillförsäkrar brandklass R30, medan samma pelare kan uppnå brandklass R60 bara om den ursprungliga spänningsnivån (normala förhållanden) reduceras tillräckligt. En pelare vars slankhetstal från början är λ_y ≅ 43 och reduktionsfaktor η_fi = 0,7 bör till exempel belastas med maximalt 40 procent av dess ursprungliga bärförmåga om brandklass R60 ska uppnås.

Limträpelare bör därför dimensioneras noggrant om bättre brandklass än R30 krävs, eftersom minskningen av tvärsnittets bärförmåga hänger samman med en snabb ökning av slankhetstalet. Konstruktören måste beakta reduktionen av limträpelares bärförmåga vid brand genom att öka pelarens tvärsnittsdimensioner.

Figur 16.18 “Brett” och “smalt” limträtvärsnitt.

 

Figur 16.19 Förminskning av bärförmågan mot böjmoment för “brett” och “smalt” limträtvärsnitt.

 

Figur 16.20 En kontinuerlig pelares knäcklängd under brandpåverkan, enligt SS-EN 1995-1-2.

 

Figur 16.21 Brandmotstånd för pelare med olika slankhetstal.