Cross Laminated Timber (CLT), of in het Nederlands kruislaaghout, wint aan populariteit omdat hout een duurzaam bouwmateriaal is. Daarnaast kunnen houten draag- en scheidingsconstructies zonder bescherming voldoende brandwerend zijn, wanneer in de dimensionering rekening wordt gehouden met de inbranddiepte die in het hout optreedt gedurende de tijdsduur dat de constructie brandwerend moet zijn. Als de gereduceerde doorsnede na die tijdsduur nog voldoende is om in het belastinggeval ‘brand’ voldoende sterkte of thermische weerstand te bieden kan het betreffende houten constructiedeel als brandwerend worden beschouwd.
Ruud van Herpen, TU Eindhoven – Fellow Fire Engineering
Maar overleeft de constructie dan ook de brand? Is de constructie niet alleen fire resistant maar ook fire resilient? Dat zou betekenen dat het gebouw na brand met beperkte reparaties weer in gebruik genomen kan worden. Wanneer een gebouw niet fire resilient is kan het in geval van brand bezwijken en volledig afbranden.
Figuur 1. CLT woongebouw in aanbouw
Fire resilience en het publiekrechtelijke toetsingkader
Het publiekrechtelijke toetsingkader ligt in Nederland vast in het Besluit Bouwwerken Leefomgeving (BBL). Net als in de meeste andere landen gaat het om een verzameling prescriptieve voorschriften, die grofweg in de onderstaande afgeleide doelen kunnen worden ondergebracht:
- Veiligheid van gebouwgebruikers (vluchtroute)
- Veiligheid van hulpverleners (aanvalsroute)
- Veiligheid van compartimenten en subcompartimenten (max. uitbreidingsgebied van brand en rook)
- Veiligheid van het gebouw (in stand houding draagconstructie)
- Veiligheid van de omgeving (voorkomen brandoverslag naar buurpercelen)
De publiekrechtelijke hoofddoelen die hiermee moeten worden geborgd zijn persoonlijke veiligheid van gebouwgebruikers en hulpverleners en de veiligheid van eigendommen van derden (buurpercelen). De bovenstaande afgeleide doelen 1, 2 en 5 houden daar direct verband mee. De afgeleide doelen 3 en 4 kunnen worden gezien als Lines of Defence (LOD’s), waarmee tijd gewonnen kan worden, zodat de hoofddoelen eenvoudiger gerealiseerd kunnen worden.
Wanneer de LOD’s met een hoge betrouwbaarheid worden uitgevoerd kan voorkomen worden dat een gebouw afbrandt. Wanneer de brand met grote zekerheid beperkt blijft tot een relatief klein uitbreidingsgebied kan het gebouw fire resilient genoemd worden. Dat is mogelijk met een actief blussysteem, maar ook met een betrouwbare brandcompartimentering. Brandcompartimentering die betrouwbaarder is dan voorgeschreven in BBL, dus met een hogere WBDBO eis (Weerstand tegen BrandDoorslag en BrandOverslag) en aandacht voor aansluitdetaillering met flankerende constructies (zoals de gevel).
Is dat mogelijk met houten gebouwen? Of meer specifiek: Is dat mogelijk met woningbouw in CLT?
CLT constructie
Een CLT constructie kan onbeschermd voldoende brandwerend zijn, wanneer de inbranddiepte gedurende de benodigde brandwerendheidsduur voldoende doorsnede over laat om te kunnen voldoen aan de criteria voor brandscheidingen (E, I en W criteria volgens NEN-EN 13501-2) en voor de instandhouding van de draagconstructie (R criterium volgens NEN-EN 13501-2). Een CLT constructie is niet alleen een scheidingsconstructie, maar ook onderdeel van de draagconstructie. Wat er na de benodigde brandwerendheidsduur met de constructie gebeurt is geen onderdeel van de publiekrechtelijke regelgeving.
Het is dus mogelijk dat de constructie blijft doorbranden en uiteindelijk na de benodigde brandwerendheidsduur toch bezwijkt. Bij CLT kan daarnaast de inbranding worden versneld doordat de lijm verweekt of mee gaat branden en lamellen van de constructie los laten. Omgekeerd wordt vaak gedacht dat de inbrandsnelheid vertraagt omdat de koollaag die aan de oppervlakte ontstaat isolerend werkt, zolang die koollaag niet van de constructie af valt.
Figuur 2. In woningbouw zijn de draagconstructies tevens de scheidingsconstructies
Het voldoen aan de criteria volgens NEN-EN 13501-2 zegt uiteindelijk niets over de faalkans van de scheidingsconstructie. De faalkans wordt bepaald door de thermische belasting ten gevolge van de brand en de thermische en mechanische weerstand (brandwerendheid) van de scheidingsconstructie. Feitelijk is dit een RST-AST analyse. De RST (Required Safe Time) is daarin de thermische belasting die door een brand wordt geleverd, uitgedrukt in minuten standaard brand. De AST (Available Safe Time) is de brandwerendheid van de scheidingsconstructie, eveneens uitgedrukt in minuten standaard brand. Zolang AST > RST is de scheidingsconstructie succesvol, waarbij de constructie betrouwbaarder is naarmate het interval AST-RST groter is.
Traditioneel versus CLT (simulaties)
Voor een klein compartiment met een woonfunctie (een appartement van 70 m2) is het verschil beschouwd tussen de thermische belasting (RST) van een traditioneel steenachtig compartiment en een modern CLT compartiment. Het compartiment is in beide situaties voorzien van daglichtopeningen in twee gevels die niet brandwerend zijn. Dat houdt in dat na flashover het glas in de daglichtopeningen als bezweken kan worden beschouwd.
Figuur 3 geeft een eenvoudige voorstelling van het brandcompartiment. Tabel 1 geeft een overzicht van de belangrijkste randcondities voor een natuurlijke brand. In een natuurlijke brand wordt rekening gehouden met projectspecifieke kenmerken van de brandstof en het compartiment, conform NEN 6065 (Natuurlijk brandconcept).
Figuur 3. Isometrie van het brandcompartiment (appartement)
De thermische belasting door de gastemperaturen ten gevolge van een natuurlijke brand in het appartement zijn in beide situaties vertaald naar een equivalente brandduur volgens de standaard brand. De equivalente brandduur volgt daarbij uit de gecumuleerde interne gasenergie tijdens de totale natuurlijke brand. Het verschil in thermische belasting ten gevolge van brand in een traditioneel appartement met die in een modern CLT appartement is duidelijk zichtbaar in figuur 4.
Figuur 4. Natuurlijke brandkromme en omrekening naar equivalente brandduur volgens de standaard brandkromme voor een traditioneel appartement (links) en een CLT appartement (rechts)
Uit figuur 4 blijk dat de equivalente brandduur van een natuurlijke brand in een traditionele woning ongeveer 54 minuten bedraagt en in een CLT woning 101 minuten. Bij een 60 minuten brandwerende constructie schiet de brandwerendheid tekort voor de CLT woning:
- Traditionele woning: AST – RST = 60 – 54 = +6 min. standaard brand;
- CLT woning: AST – RST = 60 – 101 = -41 min. standaard brand.
Wanneer er niet wordt ingegrepen in de natuurlijke brand zal een CLT-gebouw met woonfuncties afbranden. Hoewel dat publiekrechtelijk acceptabel is zolang persoonlijke veiligheid gegarandeerd is, is het gebouw niet fire resilient. Het gebouw overleeft een uitslaande woningbrand niet zonder repressieve brandweerinzet.
Zelfdovend effect (experimenten)
Er is een kans dat de brand in de CLT constructie dooft wanneer de variabele vuurbelasting is verbrand. De verbrande CLT constructie moet worden vervangen of gerepareerd, maar de brand is dan wel beperkt gebleven tot één compartiment. Daardoor zijn de CLT-constructies buiten het uitgebrande compartiment niet aangetast door brand. Al kunnen die constructies wel schade lijden door bluswater.
Echter, in een compartiment met wanden en vloeren van onbeschermd CLT leveren die constructies door straling en convectie voldoende energie aan elkaar om te blijven branden nadat de variabele vuurlast is verbrand. Om na te gaan bij welke warmtebelasting (stralingsflux) de brand in een CLT constructie uiteindelijk dooft zijn in 2022 experimenten uitgevoerd in het brandlab van Peutz aan CLT proefstukken met verschillende lameldikten en lijmsoorten. De proefstukken zijn daarbij blootgesteld aan een initiële stralingflux van 25 kW/m2, die na 30 minuten in verschillende experimenten werd teruggebracht tot 20, 15, 10 en 5 kW/m2. De lagere stralingsflux werd vervolgens 60 minuten in stand gehouden. De duur van elk experiment bedroeg dus 90 minuten.
De proefstukken zijn langs de randen geïsoleerd met steenwol, om inbranding via de randen te vermijden. Vervolgens zijn de proefstukken voor een stralingspaneel opgesteld, zie figuur 5.
Figuur 5. Testen van een CLT proefstuk voor het stralingspaneel
Bij alle stralingsfluxen in het experimenteel onderzoek blijkt de koollaag te groeien, zolang die stralingsflux aanwezig is. De groei van de koollaag remt de inbrandingssnelheid niet af. Dat komt omdat de koollaag niet gezien moet worden als thermische isolatielaag, maar als materiaallaag waarin de verbanding plaats vindt. Een vlammende brand gaat bij een toenemende koollaag wel over in een smeulbrand, maar die smeulbrand is niet minder heftig dan de vlammende brand. De figuren 6 en 7 illustreren een vlammende brand en een smeulbrand in het CLT proefstuk.
In de experimenten is geen zelfdovend effect van de CLT constructie waargenomen. Bij lage stralingsflux experimenten (stralingsfluxen tussen 0 en 5 kW/m2) is in 2024 in het brandlab bepaald dat het zelfdovend effect optreedt wanneer de stralingsflux lager is dan 3,5 kW/m2, overeen komend met een gastemperatuur van maximaal 250 oC. Dit is weergegeven in figuur 8, waarin de resultaten van alle experimenten zijn opgenomen.
Figuur 6. Vlammende verbranding bij stralingsflux 25 kW/m2
Figuur 7. Smeulende verbranding in de koollaag aan de voorzijde. Wanneer de koollaag de lijmlaag tussen twee lamellen nadert raakt de verkoolde lamel los van de constructie en ontstaat weer een vlammende brand. Dit effect is bij poly-urethaan lijm (PU) heftiger dan bij melamine UF lijm (MUF)
Figuur 8. Verband tussen de ontvangen stralngsflux op het CLT proefstuk (horizontale as) en het geproduceerde brandvermogen va het CLT proefstuk op de verticale as. Wanneer de ontvangen stralingsflux lager is dan 3,5 kW/m2 wordt geen brandvermogen meer geproduceerd en stopt de verbranding. Dit is onafhankelijk van de dikte van de koollaag aan de oppervlakte
Conclusie
Uit zowel de simulaties als de experimenten blijkt dat in CLT woongebouwen in geval van een brand in een appartement de brand in de CLT constructie niet vanzelf dooft. Er zijn dus aanvullende maatregelen nodig om een CLT woongebouw dezelfde mate van fire resilience te geven als een traditioneel woongebouw. Hoewel dit geen publiekrechtelijke doelstelling is strookt fire resilience wel met duurzaamheidsdoelstellingen en wordt het woongebouw daarmee ook toekomstbestendiger. De persoonlijke veiligheid van de gebouwgebruikers is dan minder afhankelijk van het vermogen van de gebouwgebruikers om zelfstandig te kunnen vluchten.
Voor een fire resilient woongebouw is bescherming van de CLT constructie noodzakelijk. Dat kan een bouwkundige bescherming zijn (brandwerend bekleden of coaten), of een installatietechnische bescherming die ingrijpt in het brandscenario (automatische blusinstallatie). De koollaag die ontstaat aan de oppervlakte van de CLT constructie biedt geen bescherming tegen inbranding. Uit experimenten is duidelijk gebleken dat de inbrandsnelheid alleen afhangt van de thermische belasting door de brand en onafhankelijk is van de dikte van de koollaag.
Het is mogelijk om één vlak (bijvoorbeeld het plafond) onbeschermd te laten. Omdat dit CLT vlak niet wordt aangestraald door andere brandende CLT vlakken (die zijn immers beschermd) zal de brand uiteindelijk doven, nadat de variabele vuurbelasting is verbrand. Alleen in geval van een automatische blusinstallatie kunnen alle CLT vlakken onbeschermd worden uitgevoerd.
Volg Security Management op LinkedIn
