Innovatieve producten als kruislaaghout (CLT) en de ontwikkelingen in gelamineerd hout en verbindingstechnieken maken het mogelijk om steeds hogere gebouwen van hout te maken. Daarmee wordt ook de vraag opgeworpen hoe de brandveiligheid van deze gebouwen en de duurzaamheidsambities moeten worden beoordeeld en geborgd. Kunnen daarvoor de huidige regels met betrekking tot de eisen en de bepalingsmethoden in het Bouwbesluit worden toegepast? In dit artikel worden de ontwikkelingen besproken.
Waar de hoogte van gebouwen met een houten draagconstructie voorheen beperkt was tot circa 4 lagen, zijn er nu gebouwen met meer dan 20 bouwlagen met een houten draagconstructie. Door de nieuwe regelgeving en bouwmethodieken is het de verwachting dat deze trend zich voortzet.
Uit een literatuurstudie, uitgevoerd in opdracht van het ministerie van Binnenlandse Zaken en Koninkrijksrelaties (BZK), is gebleken dat voor de nieuwe typologieën houten gebouwen – met name die met een hoger risicoprofiel – de huidige prestatie-eisen in combinatie met de bepalingsmethoden uit het Bouwbesluit niet geschikt zijn. Toepassing hiervan leidt tot een lager brandveiligheidsniveau dan beoogd wordt met de functionele eisen uit de bouwregelgeving.
Achtergronden
Hout wordt steeds vaker gekozen als constructiemateriaal. Enerzijds doordat de technische mogelijkheden zijn toegenomen, anderzijds vanuit de gedachte om duurzaam te bouwen. Dan rijst de vraag: Als een gebouw van 10 woonlagen met CLT-wanden als draagconstructie wordt ontworpen, hoe moet het dan worden beoordeeld op brandveiligheid? Voor de constructieve berekeningen onder normale temperaturen kan dit gebouw aan de hand van de bepalingsmethoden uit het Bouwbesluit worden beoordeeld. Nieuwe materialen als CLT zijn nog niet in de Eurocode 5 voor houtconstructies opgenomen, maar via Europese Technische Approvals (ETA’s) kunnen de constructieve berekeningen al wel worden uitgevoerd.
Echter, voor de beoordeling van de brandveiligheid van een dergelijk gebouw staan in het Bouwbesluit geen restricties en gelden in principe de eisen uit het Bouwbesluit en de bepalingsmethoden volgens de huidige EN 1995-1-2: Ontwerp en berekening van houtconstructies bij brand. Inbrandsnelheden van CLT staan daarin nog niet genoemd, zodat daarvoor (in het kader van gelijkwaardigheid) moet worden teruggevallen op de ETA’s van producenten.
Het verschil met traditionele typologieën met houtconstructies (zoals hallen met houten spanten, houtskeletbouw) is dat steeds meer hout in de constructie wordt toegepast. Dat kan daardoor mogelijk een grotere bijdrage aan de brand leveren. Naar aanleiding van de opkomende hout-typologieën zijn er in de Tweede Kamer vragen gesteld of de eisen en bepalingsmethoden die door het Bouwbesluit worden aangestuurd ook geschikt zijn voor gebouwen met de constructie van biobased materialen.
NEN-werkgroep
Om deze problematiek in kaart te brengen is de NEN-werkgroep ‘Brandveiligheid en bouwen met hout’ opgezet, die werkt onder de normcommissie ‘Brandveiligheid van Bouwwerken’. De werkgroep bestaat onder andere uit producenten, brandveiligheidsadviseurs, onderzoekers, brandweer en bouwers die zich bezighouden met ontwerpen, berekenen en bouwen van houtconstructies. Het doel van de werkgroep is om meer duidelijkheid te verschaffen over de impact van het bouwen met hout op de brandveiligheid en te bepalen welke maatregelen mogelijk zijn voor het gewenste brandveiligheidsniveau.
Het ministerie van BZK heeft de vragen vanuit de Tweede Kamer ook bij de NEN-werkgroep neergelegd. De werkgroep heeft vervolgens aan RISE, Arup en TNO de opdracht gegeven een literatuuronderzoek uit te voeren. De vraag die beantwoord moest worden: Zijn de eisen en bepalingsmethoden die door het Bouwbesluit worden aangestuurd ook geschikt voor gebouwen met de constructie van biobased materialen zoals hout?
Brandgedrag van hout
Hout is een brandbaar materiaal dat bij verbranding warmte produceert. Maar het kost aan de andere kant ook energie om hout te ontsteken en brandende te houden. Bij de beoordeling hiervan spelen een aantal fenomenen en prestatiecriteria een rol, waaronder:
a. de brandwerendheid met betrekking tot bezwijken van de houten bouwconstructie;
b. de weerstand tegen branddoorslag en brandoverslag (WBDBO) van houten constructies;
c. de mate waarin een brand zich kan voortplanten over een oppervlak;
d. de mate en condities van zelfdovendheid in het brandcompartiment.
Ad a: Brandwerendheid op bezwijken
De brandwerendheid van de houten bouwconstructie wordt veelal bepaald door de constructeur. Die bepaalt op grond van de volgens het Bouwbesluit aangewezen methode en met behulp van inbrandsnelheden of de houten constructie (voor de vereiste theoretische brandduur) en de resterende onverbrande constructiedelen voldoende weerstand tegen bezwijken bij brand bezitten voor de daarop werkende belastingen (zie NEN-EN 1995-1-2 voor nadere uitwerking).
Ad b: WBDBO
Een belangrijke functionele doelstelling van het Bouwbesluit is om uitbreiding van brand te beperken tot de grenzen van een brandcompartiment. De weerstand tegen branddoorslag van houten bouwconstructies is sterk afhankelijk van de samenstelling ervan, van de inbrandtijd van de houten onderdelen, en van de detaillering van onder andere de verbindingen. Uit onderzoek is bovendien gebleken dat de bestaande bepalingsmethode voor brandoverslag niet zonder meer toepasbaar is op volledig houten brandcompartimenten. Een brand ontwikkelt zich mogelijk anders, waardoor vlamafmetingen en temperatuur kunnen afwijken. Er is op deze aspecten nader onderzoek en afstemming benodigd met de normcommissie die zich bezighoudt met NEN 6068 en de bepalingsmethode voor brandoverslag.
Ad c: Brandvoortplanting
Bouwdelen die in contact staat met de binnen- of buitenlucht in en rondom een gebouw dienen geclassificeerd te worden volgens de Europese brandvoortplantingsklasse-indeling als bedoeld in NEN-EN 13501-1, onderdeel ‘Classification criteria for construction products’. De Europese klassen lopen van A1 tot en met F, waarbij A1 geen bijdrage levert aan een brand en E een zeer grote bijdrage levert (F is een klasse voor ongeteste bouwdelen). De klassering A1 t/m F is op basis van warmtevermogen, warmte-inhoud, ontsteking en vlamuitbreiding van het materiaal.
Voor de oppervlakken binnen gebouwen geldt een brandklasse D, waaraan hout doorgaans kan voldoen. In (extra) beschermde vluchtroutes, en vaak ook voor buitengevels, dient ten minste te worden voldaan aan brandklasse B (moeilijk brandbare materialen). Brandklasse B kan alleen met specifieke hardhoutsoorten worden behaald. In ieder geval kan regulier Europees hout daar niet zonder meer aan voldoen. Ook met een aanvullende behandeling is het nog steeds niet eenvoudig om Europees naaldhout op een duurzame wijze aan brandklasse B te laten voldoen. Er dient rekening te worden gehouden met het samenspel van de houtproducten met achterliggende constructies. Tevens is er regulier onderhoud benodigd en gelden er vaak beperkte garantietermijnen.
Ad d: Zelfdovendheid
De mate van zelfdovendheid van een houtconstructie hangt onder andere af van de hoeveelheid straling die het brandende houtoppervlak ontvangt. Als deze laag genoeg is, zal de brand doven. Bij voldoende straling zal een brand van het houten oppervlak in stand blijven. Dit hangt af van de hoeveelheid brandbaar materiaal dat in een ruimte aanwezig is en deelneemt aan de brand, het aantal wanden en plafonds dat deel kan nemen, en van de afstand tussen de brandende vlakken tot elkaar. Wanneer een houtconstructie zelf een beperkte bijdrage levert aan de brand in een brandcompartiment, dan is het waarschijnlijk dat de houtconstructie ook zal doven zodra de hoeveelheid straling van de brand in het brandcompartiment afneemt als de brand in de doof-fase beland. Als sprake is van een kleine ruimte zoals een woning met houten wanden en plafond op korte afstand van elkaar, dan gaan de bouwdelen elkaar beïnvloeden.
Voor constructies met grote wand- en plafondoppervlakken, zoals een compartiment met meerdere CLT-wanden zonder afwerking, is zelfdovendheid van het hout zeker niet evident. Om hier inzicht in te krijgen zijn diverse onderzoeken uitgevoerd. Crielaard (2019) onderzocht dit op kleine boxen van CLT (0.5m x 0.5m x 0.5 m) met verschillende configuraties geëxposeerde CLT-wanden en plafond en lameldiktes in het CLT. Hieruit bleek dat bij een box met aan drie zijden CLT-wanden deze elkaar dusdanig aanstralen dat ze de brand in stand konden houden nadat de externe brandbelasting was gestopt. Ook het afvallen van de lamellen van het CLT (afhankelijk van het type lijm), alsmede de windcondities bepalen de mate van zelfdoving.
Dit soort testen zijn ook op grote schaal uitgevoerd. Zelinka (2018) rapporteert proeven met compartimenten van twee verdiepingen met verschillende configuraties: CLT geheel in het zicht, CLT deels afgedekt met gipsplaten, en variaties in de toepassing van sprinklers. Uit deze testen bleek dat het brandverloop (brandduur, uitdoving, temperatuur) sterk afhankelijk is van de configuraties. De uitkomsten toonden de effectiviteit van maatregelen als voldoende gipsplaten en sprinklers aan. Op basis van de onderzoeken is bij 1 vlak onbeschermd hout (zoals bijvoorbeeld het plafond) een redelijke kans op zelfdovendheid van de houtconstructie zodra de inhoud van het brandcompartiment is uitgebrand. Bij meerdere brandende vlakken is het aannemelijk dat de brandende houtvlakken elkaar blijven aanwakkeren en blijven branden totdat uiteindelijk ook het hout in de bouwconstructie is opgebrand. Qvist (2022) onderzocht in welke mate beschermingsmaatregelen een impact hebben op de brandveiligheid, maar ook op de kosten en de duurzaamheidsdoelstellingen.
Uitkomsten literatuuronderzoek
Uit de NEN-literatuurstudie is gebleken dat voor gebouwen met de nieuwe houttypologieën, met name die met een hoger risicoprofiel en een hogere permanente vuurlast, de huidige prestatie-eisen in combinatie met de bepalingsmethoden uit het Bouwbesluit niet geschikt zijn. Toepassing hiervan leidt tot een lager brandveiligheidsniveau dan beoogd wordt met de functionele eisen uit de bouwregelgeving.
De extra risico’s van bouwen met hout raken aan meerdere aspecten van brandveiligheid, waaronder de sterkte van de bouwconstructie bij brand, branddoorslag via scheidingsconstructies, brandoverslag via de gevel, alsmede veilig vluchten en inzet voor hulpverleners.
Uit de literatuurstudie blijkt dat deze gebouwen momenteel alleen veilig kunnen worden ontworpen, getoetst en gebouwd op basis van gelijkwaardigheid. Zonder dat er kaders, afspraken of richtlijnen beschikbaar zijn om invulling te geven aan de gelijkwaardigheid en functionele eisen uit het Bouwbesluit.
Ook voor additionele bouwmaterialen die brandrisico’s kunnen beheersen, zoals brandwerende beplating of vaste brandbestrijdingsinstallaties, zijn wel test- en beoordelingsmethoden op componentniveau beschikbaar maar geen adequate beoordelingsmethodieken of kaders op gebouwniveau.
Nationale Technische Afspraak
Op basis van het literatuuronderzoek kan vanzelfsprekend niet worden geconcludeerd dat alle toegepaste bestaande gebouwen met houtconstructies uit het verleden onveilig zijn. Daar waar blootgestelde oppervlakken en de hoeveelheid permanente vuurlast beperkt zijn, blijven de risico’s beperkt en kunnen deze gebouwen met de huidige aanpak volgens het Bouwbesluit worden beoordeeld. Hierbij valt te denken aan hallen met spanten, houtskeletbouwwoningen, gebouwen opgebouwd uit kolommen en balken van beperkte hoogte en met goede brandweertoegangen rondom het gebouw.
Voor de nieuwe typologieën kunnen aanvullende maatregelen noodzakelijk zijn. De NEN-werkgroep richt zich momenteel op het opstellen van een Nationale Technische Afspraak (NTA), waarin de huidige kennis wordt samengevat en waarmee ontwerpers en toetsers de mogelijkheden voor het bouwen met hout in de praktijk op een veilige wijze optimaal kunnen benutten. De NTA zal volgens planning in 2023 gereed zijn en mogelijk in 2024 nader worden geactualiseerd op basis van aanvullend onderzoek.
Behoefte aan duidelijkheid
Gelukkig nemen ontwikkelaars, vergunningverleners, eigenaren, bouwers en ontwerpers doorgaans hun verantwoordelijkheid als het gaat om de extra brandrisico’s voor de nieuwe gebouwtypologieën bij hoge houten gebouwen. Bijvoorbeeld in het gebouw HAUT (Qvist,2021) zijn op verschillende plekken brandwerende voorzetwanden geplaatst voor het CLT, is gekozen voor CLT met een constante inbrandsnelheid wat minder gevoelig is voor het afvallen van de beschermende koollaag, en is een gecertificeerde watermistinstallatie aangebracht.
Er is echter behoefte aan duidelijkheid welke gebouwen met de huidige eisen en bepalingsmethoden kunnen worden beoordeeld, welke aanvullende maatregelen nodig zijn, en hoe kan worden bepaald welke dat zijn. Daartoe dient een beoordelingssystematiek te worden opgezet. Bijvoorbeeld Östman(2016) geeft een overzicht van mogelijke maatregelen afhankelijk van de gebouwtypologie. De Eurocode EN 1995-1-2 geeft hiervoor echter geen specifieke aanbevelingen op gebouwniveau. In een tussenversie van de revisie van EN 1995-1-2 werd gesteld dat voor gebouwen in gevolgklasse 2 en 3 een risicobeoordeling nodig is. Maar hoe deze uitgevoerd zou moeten worden, wordt niet nader toegelicht.
In sommige landen wordt voor een prescriptieve (voorgeschreven) aanpak gekozen. Bijvoorbeeld in de Verenigde Staten wordt voorgeschreven dat bij een bepaalde hoogte alle oppervlakken met brandwerende gipsplaten moeten worden afgewerkt en dat sprinklers verplicht zijn. Er zijn echter geen bepalingsmethoden om de brandveiligheid van deze gebouwen te beoordelen.
Slotwoord
Met het opstellen van de NTA en het daarbij behorende onderzoek wordt voorzien in de behoefte om de duurzame ontwikkeling en het toepassen van biobased materialen op een brandveilige wijze mogelijk te maken. Ook zal de NTA de ontwikkelingen van nieuwe bouwmethodieken en -materialen stimuleren en voor de belangrijkste nieuwe houttypologieën duidelijk maken met welke maatregelen de gewenste brandveiligheid kan worden bereikt.
Geert Ravenshorst, docent TU Delft
Pascal Steenbakkers, Associate Director Arup
Namens NEN-werkgroep ‘Brandveiligheid en bouwen met hout’ hebben Marcel Veenboer (Vector Brandveiligheid), John van Lierop (Federatie Veilig Nederland) en Ralph Hamerlinck (Bouwen met Staal) meegewerkt aan dit artikel.
Referenties
- Crielaard, R., Van der Kuilen, J.W., Terwel, K., Ravenshorst, G., Steenbakkers, P. (2019) . Self-extinguishment of cross-laminated timer. Fire Safety Journal 105, pp 244-260.
- NEN-EN 1995-1-2+C1+C2+NB:2011 . Eurocode 5: Ontwerp en berekening van houconstructies. Deel 1-2: Ontwerp en berekening van constructies bij brand. NEN, Delft.
- prEN 1995-1-2-Design of timber structures-Part 1-2: (verschillende versies in de ontwerpfase, openbare versie voor commentaar verwacht in September 2023). Structural fire design. CEN. Brussels.
- Qvist,S. (2022). A circular approach for the fire safety design in mass timber buildings. Master thesis. TU Delft.
- Östman, B.,Brandon,D. (2016). Fire Safety Engineering-Opportunities and challenges for timber buildings. World Conference on Timber Engineering, august 22-25 2016, Vienna, Austria.
- Qvist,S, Steenbakkers,P.,Wattez,Y. (2021). Brandveilig in HAUT. Brandveilig.com. https://www.brandveilig.com/artikel/brandveilig-in-haut-69725
- Zelinka,S.L., Hasburgh,L.E., Bourne,K.J.,Tucholski,D.R., Ouelette,J.P. (2018) Compartment Fire testing of a two-story mass timber building. Generl Techn ical report FPL-GTR-247. Forest Products Labatory, Madison, WI.
- Brandon,D., Qvist,S.,Straalen,IJ.,Wattez,Y.,Steenbakkers,P. Literatuurstudie – Brandveiligheid en Bouwen met hout (2022). RISE report 2022:99.
Volg Brandveilig op LinkedIn
Ontvang het laatste nieuws omtrent brandveiligheid!
Mis niets. Meld je aan en ontvang wekelijks onze nieuwsbrief. Ruim 7.500 vakgenoten gingen je al voor.