OPINIE (Arne Inghelbrecht, FESG): "Cross Laminated Timber, categoriek brandonveilig bouwen?"

Het gebruik van massieve houten elementen in de bouw is een opkomende trend. Deze trend is niet zomaar een rage, maar een gevolg van de noodzaak om duurzaamheid op de voorgrond te plaatsen in het bouwproces. Het gebruik van hout in de context om de ecologische voetafdruk te verkleinen tegenover het gebruik van klassieke staal en betonconstructies. Naast de materialen op zich is er vanuit de duurzaamheid ook de vraag naar efficiënter gebruik van de omgeving en verdichting van de stadskern, dus is er ook de vraag om alsmaar hoger en hoger te bouwen met hout. Talloze ingenieursbureaus bestuderen dan ook het gebruik van hout als structureel element. Denk aan enkel voorname gerealiseerde projecten zoals de Stadshaus toren in Londen, het Treet gebouw in Bergen Noorwegen, etc. In dezelfde adem met houtconstructies komt ook onmiddellijk het idee van brandbaarheid naar boven. Is het wel brandveilig om hoge torens uit hout te bouwen?

Reactie bij brand versus structurele stabiliteit

Over het gebruik van massieve houten elementen zoals Cross Laminated Timber (CLT) bestaan enkele belangrijke misvattingen. Men denkt dan aan houten gebouwen in de context van lucifer dozen of alsof ieder houten gebouw ook een licht ontvlambare gevel zouden hebben. Voor duidelijke redenen zal het gebruik van een brandbare gevel niet toegelaten zijn op hoge gebouwen. Zeker in deze post-Grenfell tijden waarbij de brand in de Londense Grenfell tower op 14 juni 2017, ook een belangrijk impact heeft gehad op de voorziene aanpassingen aan de Belgische wetgeving (verstrenging van de eisen voor gevels van zeer hoge gebouwen1). Het is echter niet zo dat een gebouw met een houten draagstructuur onmiddellijk ook een brandbare gevel dient te hebben. Er dient een duidelijk onderscheid gemaakt te worden tussen enerzijds de reactie bij brand van een materiaal en anderzijds de structurele brandweerstand. De reactie bij brand van gelijk welk houten element zal nooit gelijkwaardig zijn aan dat van een materiaal zoals gipsplaten (verwezen als euroklasse A1, A2). Waarbij de reactie bij brand in principe het ontbindingsgedrag van een materiaal op zich beschrijft. Bij de structurele stabiliteit worden vol-ontwikkelde branden overwogen, die gedurende lange tijd een element blootstellen aan brand. Los van de eventuele zelfontbranding van het hout op zich, vertoont een massief houten element een vrij goede brandstabiliteit dankzij het verkolende karakter. Door het in rekening brengen van de verkolingsdiepte en het over-dimensioneren van een sectie kunnen massieve elementen op eenvoudige manier voorzien worden van een structurele brandstabiliteit.

Het is logisch dat voor cruciale evacuatievoorzieningen zoals trappen en vluchtwegen bij hoge gebouwen de wetgever geen brandbare materialen toelaat. Onbeschermde houten elementen zullen we daarom vandaag en waarschijnlijk ook morgen niet terugvinden in de trappenhallen of aan de gevels van wolkenkrabbers, of voor het afdragen van de volledige constructie. Echter, op locaties waar minder strenge reactie bij brand eisen gelden, zoals in een kantooromgeving, zullen onbeschermde CLT-elementen als scheidingswanden of vloerplaten over voldoende structurele brandstabiliteit beschikken. CLT gebouwen kennen dus ook binnen het Belgisch wetgevend kader zeker hun toepassing en dient zeker niet categoriek afgewezen te worden. De toepassing zal echter dus sterk afhankelijk zijn van de locatie en type toepassing, waarbij de hoogte van het gebouw een belangrijk criterium vormt.

The sky is the limit?

Des te hoger een gebouw, des te strenger de brandveiligheidseisen. Bij lagere gebouwen kan de structurele brandstabiliteit in principe voorzien worden in gedachten een interventie of tussenkomst van de brandweer. Gezien interventie bij hogere gebouwen stukken complexer is, eventueel volledig buiten het bereik van autoladders van de brandweer, dient ook nagedacht te worden over structurele brandstabiliteit in de context van het volledige verloop van een brand. Voor zeer hoge gebouwen dient daarom een nieuw brandscenario overwogen te worden, namelijk een brandverloop zonder brandweerinterventie. Een brandverloop van ontsteking tot het volledig uitbranden van de inboedel. Voor klassieke bouwelementen is de aanpak om voor hoge gebouwen een aanzienlijke brandweerstand te vragen in vergelijking met lagere gebouwen (enkele uren blootstelling). Uit ervaring blijkt deze aanpak goed te werken voor onbrandbare structurele elementen zoals staal of beton. Echter dringt de vraag zich aan of dit ook wel kan toegepast worden voor brandbare constructies zoals hout: Wat met de bijdrage van de structurele elementen zelf tot de brand? Ontstaat hierdoor een vicieuze cirkel van branduitbreiding? Zal na het uitbranden van de inhoud van een compartiment de constructie zichzelf uitdoven? De laatste jaren en momenteel ook lopende wetenschappelijk onderzoeken focussen zich op deze cruciale vragen en er is op wetenschappelijk vlak zeer veel vooruitgang geboekt. Uit onderzoek blijkt bijvoorbeeld dat voor CLT de delaminatie van de verschillende houtlagen een belangrijk faalcriterium is, die bovendien ontstaat voor eigenlijke verkoling van het hout. In navolging van deze bevindingen zijn specifiek voor CLT nieuwe berekeningsmethodes voorzien die niet langer rekening houden met overdimensionering op basis van verkoling van het materiaal, maar op basis van delaminatie om op deze manier tot een veilig ontwerp te komen. Vanuit de literatuur komen in de context van dit nieuw brandscenario echter nog steeds bijkomende vragen zoals wat met de voortplanting van de warmte in het houten element lange tijd na een brand, kan deze ook aanleiding geven tot delaminatie en structureel falen en hoe dienen deze verkoolde structuren na een brand hersteld te worden ... Ook binnen de wetenschappelijke literatuur is deze complexiteit nog niet volledig begrepen en is de eerste volledige houten wolkenkrabber dus nog niet onmiddellijk een feit.

Zeer veel van de in rekening te brengen effecten en parameters zijn moeilijk algemeen toe te schrijven en zullen afhankelijk zijn van project tot project, zoals de aanwezigheid van betrouwbare detectie en sprinkler systemen, de interventiemogelijkheden voor de brandweer en de locatie van de houten elementen. De realiteit is bovendien ook dat belangrijke structurele beperkingen verbonden zijn aan het gebruik van CLT als bouwmateriaal, een zeer hoog gebouw afdragen en voldoende weerstand bieden aan windlasten enkel en alleen met houten elementen is in vele gevallen inefficiënt. Om extra stabiliteit te voorzien maakt men gebruik van hybride constructies met beton trappenkernen en liftkokers en stalen verstevigen. In veel gevallen is het dus zelfs niet zinnig om over het al dan niet mogen toepassen van een houten gebouw te discussiëren gezien er voor hoge constructies veelal sprake is van hybride constructies, waar de gebouw kern van beton al een brandweerstand bezit.

Conclusies

Het alsmaar hoger en hoger bouwen met CLT constructies vormt een noodzakelijke evolutie in kader van duurzaamheid. Door wetenschappelijke inzichten en ook binnen het Belgische wetgevende kader is het perfect mogelijk om CLT toe te passen als een brandveilige manier van bouwen. Het is vooral van belang in discussies rond de brandveiligheid de doelstelling van het ontwerp in rekening te
brengen, wat zijn de interventiemogelijkheden, wat zijn de verschillende van toepassing zijnde brandscenario’s en vanuit deze analyses een zinvolle uitspraak te maken over de toepassingsmogelijkheden. Voor hoge tot zeer hoge gebouwen is er echter een duidelijke noodzaak naar verder onderzoek. Het gebruik van hout als exclusief bouwmateriaal voor wolkenkrabbers is dus nog niet voor morgen.

Arne Inghelbrecht is Project Manager/brandveiligheidsingenieur bij FESG waar het team van 15 brandingenieurs dagdagelijks klanten adviseert rond conformiteit, ontwerp en uitvoering van brandveiligheidssystemen in projecten.