Herbezinning brandveiligheid hoge gebouwen

Artikel van Ir. Ruud van Herpen MSc. FIFireE

Rotterdam, hoogbouwstad van Nederland

Gebouwen met een verblijfsgebied-vloer hoger dan 70 meter boven meetniveau worden in Nederland beschouwd als hoogbouw. Door deze hoogte vallen dergelijke gebouwen buiten het directe toepassingsgebied van het Bouwbesluit 2012, waardoor een aan het Bouwbesluit gelijkwaardig veiligheidsniveau moet worden aangetoond. Dat houdt in dat er ten opzichte van het Bouwbesluit aanvullende bouwkundige, installatietechnische of organisatorische voorzieningen (BIO) nodig zijn.

Door ir. Ruud van Herpen

De SBRCURnet: Handreiking brandveiligheid van hoge gebouwen biedt handvatten voor het extra voorzieningenniveau in BIO-maatregelen, waarmee hoge gebouwen kunnen voldoen aan het veiligheidsniveau dat met het Bouwbesluit is beoogd. De meest in het oog springende voorzieningen zijn installatietechnisch van aard. Zo is altijd een automatische blusinstallatie in de brandcompartimenten noodzakelijk en een overdrukinstallatie voor de extra beschermde vluchtroute (overdruktrappenhuizen).

De definitie van hoogbouw is per land verschillend. In de meeste landen wordt een verband gelegd met de lengte van de ladder op het brandweervoertuig, waardoor de grens tussen laagbouw en hoogbouw vaak tussen 15 en 30 meter ligt. Aanzienlijk lager dus dan de 70 meter die in Nederland wordt gehanteerd.

Cultuuromslag

De brand in de Grenfell woontoren in Londen, waarbij 71 doden vielen, heeft veel teweeggebracht. Die brand vormde in het Verenigd Koninkrijk een directe aanleiding om veiligheidsdoelen en regelgeving eens tegen het licht te houden. Dat heeft geresulteerd in het rapport: Building a safer future, een review of building regulations and fire safety van Dame Judith Hackitt DBE FREng (december 2017). De belangrijkste conclusie van het rapport is dat er een cultuuromslag nodig is in de totale bouwindustrie, om tot brandveilige gebouwen te komen. In Nederland lijkt de discussie zich op de volgende vragen toe te spitsen:

  • Zijn de voorschriften van het Bouwbesluit veilig genoeg voor hoge gebouwen die nog binnen het directe toepassingsgebied van het Bouwbesluit vallen? Daarmee wordt gedoeld op gebouwen met een hoogste verblijfsgebiedvloer tussen 30 en 70 meter boven meetniveau.
  • Zijn er aanvullende voorschriften nodig voor gevels van hoge gebouwen ten aanzien van het brandgedrag (de brandklasse)?
Brand in de Grenfell Tower, Londen, 2017

Gebouwen met een hoogste vloer tussen 30 en 70 meter
Omdat het Bouwbesluit voorschriften bevat met concrete prestatie-eisen op het gebied van brandveiligheid voor gebouwen met een hoogste verdiepingsvloer tot 70 meter boven meetniveau, worden aan gebouwen tussen 30 en 70 meter hoog geen aanvullende voorzieningen geëist ten aanzien van brandbeheersing en rookbeheersing. Echter, de brandrisico’s van deze categorie gebouwen zijn wel aanzienlijk hoger dan die van gemiddelde laagbouw, bestaande uit enkele verdiepingen. Immers, zowel de kans op brand als het effect ervan nemen toe bij een toenemend aantal verdiepingsvloeren. Gebouwen met een hoogste vloer tussen 30 en 70 meter bezitten dus grotere brandrisico’s dan laagbouw en ook grotere risico’s dan hoogbouw waarop de SBRCURnet handreiking van toepassing is.
De Grenfell Tower is een voorbeeld van een hoog gebouw tussen 40 en 70 meter. Een veel gestelde vraag is of een brandcalamiteit zoals in de Grenfell Tower ook in Nederland mogelijk is. In principe kan zo’n calamiteit ook in Nederland plaatsvinden. Immers, ons Bouwbesluit is niet beter dan de building code in het Verenigd Koninkrijk, onze aannemers ook niet en brandweer en gebouwgebruikers evenmin. Echter, in Nederland zijn er niet zoveel gebouwen als de Grenfell Tower. In onze bouwtraditie werden in de jaren 1972-1974 meestal galerijflats gebouwd in plaats van woonflats met volledig inpandige vluchtroutes. De meeste woongebouwen in Nederland uit die tijd hebben dus (deels) uitwendige vluchtroutes via de galerijen. De woongebouwen met inpandige vluchtroutes dateren in Nederland van latere bouwjaren en zijn altijd redundant uitgevoerd (met een tweede vluchtroute). Redundantie is een zeer effectieve maatregel om het slachtofferrisico te reduceren.

Risico subsystemen

In hoogbouw boven 70 meter zijn alle risico subsystemen volgens de Handreiking brandveiligheid van hoge gebouwen redundant uitgevoerd:

  • In stand houding gebouw: redundante draagconstructie;
  • Beperking uitbreidingsgebied van brand: automatische blusinstallatie en brandcompartimentering
  • Beperking uitbreidingsgebied van rook: overdrukinstallatie in de vluchtroutes en subbrandcompartimentering (rookcompartimentering)
  • In stand houding vluchtroute: redundante vluchtroutes (onafhankelijk van elkaar)

Fire safety engineering houdt het engineeren in risico subsystemen in. Die risico subsystemen zijn te beschouwen als afgeleide doelstellingen die aansluiten op de functionele eisen van het Bouwbesluit. Daarbij is een probabilistische aanpak nodig, waarin rekening gehouden wordt met de onzekerheden in randcondities (stochasten). Heel veel randcondities zijn niet exact bekend. Denk daarbij aan het bezwijkgedrag van gevelopeningen, de respons van draag- en scheidingsconstructies, de vuurbelasting in het compartiment, de brandvermogensontwikkeling, de samenstelling van de brandstof, etc. In alle risico subsystemen is het in principe mogelijk de AST (Available safe time: beschikbare veilige tijd) te vergelijken met de RST (Required safe time: benodigde beschikbare tijd). Het gaat hierbij dan meestal niet om kloktijden maar om minuten standaard brandkromme. De benodigde beschikbare tijd kan worden bepaald uit de thermische belasting ten gevolge van een natuurlijke brand. Aan de TU Eindhoven is dit de kern van het Fire Safety Engineering onderzoeksprogramma. Daarmee onderscheidt de TU/e zich van de Universiteit van Gent (B), Lund (S) en Edinburgh (UK), waar de nadruk ligt op fire physics, fire dynamics en brandwerende draagconstructies.

Falende brandscheidingenHet onderzoeksprogramma van de TU/e heeft inmiddels duidelijk gemaakt dat de faalkans van brandwerende scheidingsconstructies relatief hoog is, zelfs wanneer zij voldoen aan de eisen van het Bouwbesluit. Een afbrandscenario is goed denkbaar wanneer de brandweer er niet in slaagt om efficiënt op te treden. Hoewel dit past binnen de uitgangspunten van het Bouwbesluit zijn gebouweigenaren en professionele partijen in de bouw zich hiervan niet bewust. Het voormalige gebouw van de faculteit Bouwkunde van de TU Delft is een goed voorbeeld van dat scenario als gevolg van falende brandscheidingen.

Aanvullende voorschriften nodig voor gevels ten aanzien van brandgedrag?
De brand in de Grenfell toren verspreidde zich razendsnel via de gevel, waardoor compartimentsscheidingen eenvoudig gepasseerd werden. De gevel bestond uit aluminium composiet materiaal (ACM), plaatmateriaal met een PE kunststofkern (een thermoplast). Brandbare materialen in uitwendige scheidingsconstructies zijn niet verboden in het Bouwbesluit, zolang de uitwendige scheidingsconstructie aan buiten- en binnenzijde maar voldoet en de geëiste brandklasse. De brandklasse is een maat voor de branduitbreiding via de scheidingsconstructie.

In de Grenfell toren werd niet voldaan aan de brandklasse die volgens de Britse Building Code geëist werd. De brand kan zich daardoor gemakkelijk via de gevel uitbreiden. Wellicht nog belangrijker dan de brandklasse is de detaillering. In de Grenfell toren faalden de fire blockers ter plaatse van brandscheidingen (verdiepingsvloeren), omdat de ACM gevelplaten bezweken.

Wanneer de detaillering robuust is waardoor fire blockers functioneel blijven is de toepassing van brandbaar materiaal in de uitwendige scheidingsconstructie in principe geen probleem. Echter, juist bij toepassing van brandbare materialen in de uitwendige scheidingsconstructie wordt de detaillering complex en het gedrag onder brandcondities onzeker. Die onzekerheid bij complexe detaillering leidt tot een grotere faalkans van de brandscheiding (via de flankerende overdrachtsweg) dan bij een eenvoudige robuuste detailllering. Wanneer geen brandbare materialen in de uitwendige scheidingsconstructie aanwezig zijn is de detaillering eenvoudiger en robuuster.

Detaillering

Robuuste detaillering is noodzakelijk voor gebouwen die resiliant moeten zijn. Met resiliant wordt bedoeld dat het gebouw een calamiteit (zoals brand) kan overleven. Een afbrandscenario, zoals het Bouwbesluit toestaat, is bij resiliant gebouwen dus niet aan de orde. Resiliant gebouwen zijn daardoor duurzaam. Wanneer de faalkansen van risico subsystemen (met name de brandcompartimentering) gering zijn is de kans dat een compartimentsbrand zich uitbreidt tot een multicompartimentsbrand of een travelling compartment fire eveneens gering. Indien brand- en subbrandcompartimentering zo betrouwbaar zijn dat het gebouw resiliant is, kan ook van het vluchtconcept van het Bouwbesluit worden afgeweken en een stay in place worden overwogen. Met name bij gebouwgebruikers die minder mobiel zijn (zoals in gezondheidszorg en in wonen met zorg) kan een stay-in-place concept tot een aanmerkelijk hoger veiligheidsniveau leiden dan het vluchtconcept van het Bouwbesluit.

Een afbrandscenario, zoals het Bouwbesluit toestaat, is bij resiliante gebouwen niet aan de orde

Toekomst

Samengevat kan worden gesteld dat regelgerichte veiligheid zorgt voor een grote spreiding in restrisico. Zo zullen gebouwen die voldoen aan de Bouwbesluitvoorschriften en nog juist onder de 70 meter grens voor de hoogste verblijfsgebiedsvloer blijven een aanzienlijk groter restrisico bezitten dan lage gebouwen. Maar ook een hoger restrisico dan hogere gebouwen met de bijbehorende maatregelen volgens de Handreiking brandveiligheid van hoge gebouwen. Een afbrandscenario zoals bij de Grenfell Tower is ook in Nederland mogelijk. Sterker nog, een dergelijk afbrandscenario is toegestaan volgens de bouwregelgeving zolang slachtofferrisico en branduitbreidingsrisico (buurpercelen) minimaal zijn.

Wanneer een afbrandscenario niet acceptabel is, bijvoorbeeld vanwege duurzaamheidsdoelstellingen of vanwege een stay-in-place brandveiligheidsconcept, dient de faalkans van brandscheidingen gereduceerd te worden tot vrijwel nihil. Dat is mogelijk met een sprinklerinstallatie. Om met name de flankerende doorslagkans via de gevel tegen te gaan is een robuuste detaillering noodzakelijk ter plaatse van de brandscheidingen. Hoe kleiner de kans op een afbrandscenario hierdoor wordt, hoe resilianter het gebouw wordt voor een brandcalamiteit. Wanneer van een echt resiliant gebouw gesproken kan worden komt ook een stay-in-place concept binnen handbereik, als alternatief voor het evacuatieconcept van het Bouwbesluit.

Artist impression woontoren Haut Amsterdam
Foto door: Volkskrant, 2 November 2017

Vraagtekens duurzaamheid

Momenteel is het ontwerp gereed voor woontoren Haut in Amsterdam. Een woongebouw van 23 verdiepingen met een draagconstructie van kruislaaghout (CLT). Het is mogelijk om de draagconstructie van kruislaaghout zodanig te ontwerpen dat deze een compartimentsbrand kan doorstaan. Daarbij is het van het grootste belang dat een travelling compartment fire wordt voorkomen. De brandcompartimentering dient daarom extreem betrouwbaar te zijn. In het project Haut te Amsterdam is dat bereikt door de gebruiksfuncties van een sprinklerinstallatie te voorzien.

Overigens is een houten draagconstructie die voldoende brandwerend is niet automatisch voldoende resiliant voor een brandcalamiteit. Immers, na de brand is de houten draagconstructie zodanig aangetast dat het gebouw niet zonder meer in gebruik kan worden genomen. De draagconstructie zal in het compartiment waar de brand heeft gewoed vervangen of gerepareerd moeten worden. Dat is een erg complexe operatie, waarbij vraagtekens ten aanzien van duurzaamheid geplaatst kunnen worden.

Ir. Ruud van Herpen MSc. FIFireE is
Fellow Fire Engineering TU-Eindhoven en
Technisch directeur van Nieman Raadgevende Ingenieurs BV.

Deel dit bericht of pagina

Plaats een reactie

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.