Brandveiligheid van superhoge woongebouwen

Hoogbouw neemt toe in populariteit. In de SBR Handreiking Brandveiligheid van hoge gebouwen zijn maatregelpakketten gedefinieerd, waarmee gebouwen met een hoogste verblijfsgebied tussen 70 en 200 meter ontworpen kunnen worden. Maar inmiddels heeft Rotterdam een hoogbouwvisie ontwikkeld die gebouwen toestaat tot een hoogte van 250 meter. Deze hoogbouw tussen 200 en 400 meter wordt superhoogbouw genoemd. Hiervoor bestaat echter nog geen regelgeving.

De Handreiking Brandveiligheid van hoge gebouwen is gebaseerd op een risico-analyse, gerelateerd aan het Bouwbesluit. De risico-analyse is vertaald naar actieve en passieve maatregelen, welke als maatregelpakketten zijn omschreven in de Handreiking. Deze risico-analyse zou ook toegepast kunnen worden om aan te tonen dat superhoogbouw minimaal even veilig zou (kunnen) zijn als laagbouw, zonder deze analyse om te zetten in maatregelpakketten.

Projectspecifiek

Voor superhoogbouw kan de risico-analyse probabilistisch worden uitgewerkt. Een dergelijke ‘performance based’ uitwerking is altijd projectspecifiek. Deze projectspecifieke kenmerken zouden aan de hand van een ‘framework’ geanalyseerd kunnen worden, waardoor een vergelijking gemaakt kan worden tussen laagbouw en superhoogbouw. Op deze manier kan aangetoond worden dat superhoogbouw even veilig zou kunnen zijn als laagbouw. Het framework wat hiervoor gebruikt kan worden is gebaseerd op de risico-subsystemen die in het Besluit bouwwerken leefomgeving (Bbl) zijn opgenomen. De risico-subsystemen vallen onder de twee publiekrechtelijke hoofddoelen van het Bbl:

1. persoonlijke veiligheid (van gebouwgebruikers en hulpdiensten);
2. voorkomen van branduitbreiding naar aangrenzende percelen en aangrenzende gebouwen.

De projectspecifieke kenmerken zijn stochastische randcondities, bouwkundige randcondities en menselijke randcondities. De stochastische randcondities, zoals weergegeven in tabel 1, zijn gebaseerd op Eurocode 1 NEN-EN 1991-1-2/NB (Handbook of fire protection engineering). De overige randcondities (tabel 2) zijn gebaseerd op de publicatie ‘Rookverspreiding en persoonlijke veiligheid’ van het NIPV. Brandoverslag via de gevel is niet meegenomen in het onderzoek.

Toetsingscriteria

Het Bbl kent geen toetsingscriteria waaraan een gebouw door middel van een probabilistische analyse getoetst kan worden. Dit komt doordat het Bbl functionele eisen voorschrijft voor bepaalde functies en aan bepaalde constructies/onderdelen van een gebouw. Echter, door deze functionele eisen te analyseren door middel van een probabilistische analyse kan een basisniveau van brandveiligheid bepaald worden. Als toetsingscriteria in dit onderzoek zijn de equivalente brandduur/thermische belasting en de optische dichtheid  toegepast.

De toetsingscriteria worden vergeleken in een AS(E)T-RS(E)T-analyse, waarin de beschikbare veilige (vlucht)tijd AS(E)T wordt vergeleken met de beschikbare veilige (vlucht)tijd RS(E)T. De thermische belasting op een constructieonderdeel (RST) kan vergeleken worden met de brandwerendheid van een constructieonderdeel (AST) om de cumulatieve faalkans van dat constructieonderdeel te bepalen. Voor persoonlijke veiligheid kan eenzelfde analyse gemaakt worden, waarin de beschikbare veilige vluchttijd (ASET) wordt vergeleken met de benodigde veilige vluchttijd (RSET). De cumulatieve faalkansen van de superhoogbouw kunnen daarna vergeleken worden met de laagbouw om te zien of deze even veilig is.

De casus

Als casus in het onderzoek is de Brinktoren als uitgangspunt gebruikt. De Brinktoren is een 95 meter hoge woontoren in Amsterdam-Noord. Van deze toren is een interpolatie gemaakt naar een laagbouw woongebouw van 45 meter hoog, en er is een extrapolatie gemaakt naar een superhoogbouw woontoren van 395 meter hoog. De laagbouw heeft 17.590 m² BVO en een levensduur van 50 jaar, de hoogbouw heeft 140.777 m² BVO en een levensduur van 100 jaar. In de superhoogbouw wordt een sprinklerinstallatie en een overdrukinstallatie toegepast.

Beperken ontstaan brandgevaarlijke situatie

De ontstaanskans van brand is volgens de Eurocode afhankelijk van de grootte en van de levensduur van het gebouw. Voor de laagbouw is de ontstaansfrequentie 17,6% gedurende 50 jaar, voor de superhoogbouw is de ontstaansfrequentie 281% gedurende 100 jaar. De ontstaansfrequentie van een brandgevaarlijke situatie is voor de superhoogbouw in deze casus 16 keer groter.

Beperken ontwikkelen van brand en rook

In de laagbouwsituatie van de casus kan de brand uitbreiden tot een woning (compartiment), waarbij de brandvermogensdichtheid maximaal 11 MW bedraagt. Deze brand dooft uit na 3960 seconden. In superhoogbouw blijft de brand beperkt tot 360 kW bij een succesvolle sprinklerbeveiliging. Maar door toepassing van een sprinklerinstallatie en het gebrek aan zuurstof dooft de brand al na 15 minuten. Door de sprinklerinstallatie is de ontwikkeling van brand 30,5 keer kleiner in de superhoogbouw dan in de laagbouw. Hierbij is rekening gehouden met een faalkans van 5% voor sprinklerbeveiliging, wat een conservatieve waarde is. Omdat er rekening is gehouden met een faalkans van 5%, blijven de brandwerendheidseisen aan draag- en scheidingsconstructies behouden.

Beperking uitbreiding van brand en rook

Het Bbl stelt eisen aan de compartimentscheiding tussen woningen onderling en tussen woningen en extra beschermde vluchtroutes. Op basis van een brandcompartiment dat zowel in de superhoogbouw als in de laagbouw even groot is (43,8 m²), resulteert dat in een faalkans van 31% voor een compartimentscheiding van 60 minuten.

Sterkte bij brand

In de laagbouw geldt een eis aan de brandwerendheid van de draagconstructie van 120 minuten SBK (Bbl). De betrouwbaarheidsindex bedraagt hierbij 3,35. De superhoogbouw valt onder de gevolgklasse CC3 van de Eurocode. Hierdoor wordt de betrouwbaarheidsindex vergroot naar 4,52. Op basis van de gevoeligheidsanalyse resulteert dit in een brandwerendheid van de constructie van 135 minuten, rekening houdend met de sprinklerbeveiliging. Op basis hiervan zou de brandwerendheid van de constructie maar 15 minuten hoger moeten zijn om eenzelfde mate van brandveiligheid te garanderen voor super-hoogbouw als voor laagbouw.

Behoud van vluchtroutes

De RSET van de laagbouw is op basis van het SPFE Handbook of fire protection engineering bepaald en is 17,5 minuut. De ASET van de laagbouw is bepaald aan de hand van de optische dichtheid. In de aangrenzende vluchtroute is de gemiddelde ASET 18 minuten, in de overige vluchtroutes is de gemiddelde ASET minimaal 75 minuten. De hoogbouw heeft een RSET van 87 minuten, gebaseerd op een volledige ontruiming met trappen. Door het toepassen van een overdruksysteem blijven de horizontale en verticale vluchtroutes vrij van rook en die hebben daardoor een ASET van minimaal 120 minuten. Hierin is rekening gehouden met de aanwezigheid van sprinklerbeveiliging in de superhoogbouw.

In hoogbouw is het gebruik van een sprinklersysteem en een overdruksysteem verplicht volgens de Handreiking. Het effect van een sprinklersysteem op het behoud van de vluchtroutes in dit ontwerp is minimaal voor de horizontale vluchtroutes. Het effect van een overdruksysteem is echter significant op de horizontale vluchtroutes. Zonder overdruksysteem zou de betrouwbaarheid van de horizontale vluchtroute met 85% verminderen (zie figuur).

Aanbevelingen

De resultaten van het onderzoek resulteren in de volgende aanbevelingen:

• Meer onderzoek naar de interne luchtdichtheid. Er is nog weinig bekend over de interne luchtdichtheid, terwijl deze wel effect heeft op de rookverspreiding in het gebouw en daarmee maatgevend is voor de vluchtmogelijkheden.
• Onderzoek doen naar een nieuwe gevolgklasse in de Eurocode. Het Bbl en de Eurocode gaan er nu vanuit dat een gebouw mag bezwijken in geval van brand, met een grenswaarde aan de acceptabele faalkans. Wanneer er gedurende de levensduur van een superhoog woongebouw 3 keer in 100 jaar brand uitbreekt, is een scenario waarbij het gebouw kan bezwijken niet gewenst. Hier zou een gevolgklasse die strenger is dan CC3 volgens de Eurocode wenselijk zijn.
• Mocht er een superhoog gebouw ontworpen en gebouwd worden dan zou een volledige ontruiming met gebruik van trappen niet aanbevolen zijn. Daarom gaat de derde aanbeveling over onderzoek naar andere ontruimingsconcepten, zoals gedeeltelijke ontruiming, ontruiming naar veilige verdiepingen, of het gebruik van liften.

Conclusie

Op basis van de beschouwde casus, waarin een superhoog woongebouw werd vergeleken met een laagbouw woongebouw, is het mogelijk om met een kwantitatief onderzoek met een probabilistische analyse een gelijkwaardigheid aan te tonen voor het superhoge woongebouw. Het gelijkwaardige niveau van brandveiligheid kan onderbouwd worden door het toepassen van een framework dat gebaseerd is op de risico-subsystemen die ook gebruikt worden in de Handreiking brandveiligheid van hoge gebouwen.

Joost Dumas, adviseur brandveiligheid, bouwfysica en akoestiek Nelissen ingenieursbureau

Dit artikel is gebaseerd op het afstudeeronderzoek ‘Brandveiligheid van super-hoge woongebouwen op basis van kwantitatief onderzoek met een probabilistische analyse’. Tijdens het schrijven van zijn thesis was Joost Dumas werkzaam bij Nelissen ingenieursbureau en is hij bijgestaan door Ruud van Herpen (TU/e), Joppe Leenaars (Nelissen ingenieursbureau) en Rick Kramer (TU/e).