Därför måste träets hållfasthet och styvhet reduceras vid brandteknisk dimensionering. För oskyddade tvärsnitt är det värmepåverkade skiktet 35 till 40 mm.
Enligt SS-EN 1995-1-2 är dimensioneringshållfastheten hos träelement som:
\(f_\text{d,fi}=k_\text{mod,fi}k_\text{fi}\displaystyle \frac{f_\text{k}}{\gamma_\text{M,fi}}\)
där:
| fd,fi | är hållfastheten vid brand, till exempel böjhållfastheten. |
| fk | är den karakteristiska hållfastheten, till exempel enligt SS-EN 338. |
| kmod,fi | är omräkningsfaktor vid brand. |
| γM,fi | är partialkoefficient för trä vid brand. I Sverige γM,fi = 1. |
| Värdet på kfi ges i Tabell 1. |
Tabell 1. Modifieringsfaktorn kfi vid brand.
| Material | kfi |
| Konstruktionsvirke | 1,25 |
| Limträ | 1,15 |
| Korslaminerat trä | 1,15 |
| LVL | 1,1 |
Dimensioneringsvärdet för en styvhetsegenskap, alltså elasticitetsmodul och skjuvmodul ger också som:
\(S_\text{d,fi}=k_\text{mod,fi}k_\text{fi}\displaystyle \frac{S_{05}}{\gamma_\text{M,fi}}\)
där:
| Sd,fi | är hållfastheten vid brand, till exempel böjhållfastheten. |
| S05 | är den karakteristiska styvheten, till exempel enligt SS-EN 338. |
| kmod,fi | är omräkningsfaktor vid brand. |
| γM,fi | är partialkoefficient för trä vid brand. I Sverige γM,fi = 1. |
| Värdet på kfi ges i Tabell 1. |
SS-EN 1995-1-2 anger två modeller för att beakta hållfasthets- och styvhetsreduktion hos element som exponeras på tre eller fyra sidor:
- effektivt (reducerat) tvärsnitt, som är den rekommenderade modellen
- reducerade egenskaper.
Omräkningsfaktorn kmod,fi är 1,0 i metoden för effektivt tvärsnitt för konstruktionsvirke och limträ. För metoden för reducerade egenskaper är kmod,fi mindre än 1,0.
Effektivt tvärsnitt
1. Ursprungliga tvärsnitt
2. Verklig kvarvarande tvärsnitt
3. Ekvivalent kvarvarande tvärsnitt
4. Effektivt tvärsnitt
Bild 1. Effektivt tvärsnitt.
För att förenkla beräkningarna har ett skikt med tjockleken d0 som antas sakna hållfasthet och styvhet härletts för tillämpning av beräkningsmodellen för effektivt tvärsnitt. Omräkningsfaktorn för brand kmod,fi, är lika med 1. Det effektiva förkolningsdjupet beräknas som (se bild 2):
\(d_\text{ef}=d_\text{char,n} + d_0\)
Värden för d0 beräknas för vägg- och bjälklagselement enligt olika parametrar (böjriktning, brandexponeringstid och så vidare). Värden kan hittas i Tabell 2.
1. Kvarvarande tvärsnitt
2. Kolskikt
3. Nominellt (ekvivalent) tvärsnitt
4. Nominellt kolskikt
5. Effektivt tvärsnitt
6. Icke lastupptagande skikt under kolskiktet
Bild 2. Definition av förkolningsdjup, nominellt förkolningsdjup, effektivt tvärsnitt och icke lastupptagande skikt.
Tabell 2. Värden för det icke lastupptagande skiktet d0.
| Konstruktion | Exponering | Dimensioneringsläge | Begränsningar | d0 |
| Väggreglar | Ensidig | Knäckning utifrån väggs plan | b ≥ 38 mm h ≥ 95 mm |
13,5 + 0,1h |
| Väggreglar | Ensidig | Knäckning i väggs plan | b ≥ 38 mm h ≥ 95 mm |
17 + 0,25h |
| Väggreglar | Tvåsidig* | Knäckning utifrån väggs plan | b ≥ 38 mm h = 145 mm |
25 mm |
| Väggreglar | Tvåsidig* | Knäckning i väggs plan | b ≥ 38 mm h = 145 mm |
44 mm |
| Bjälkar | Ensidig | Dragning på den exponerade sidan | b ≥ 38 mm h ≥ 95 mm |
13,5 + 0,1h |
| Bjälkar | Ensidig | Tryck på den exponerade sidan | b ≥ 38 mm h ≥ 95 mm |
21,5 + 0,1h |
* d0 för tvåsidig brand anges som totalvärde.
Enligt beräkningsmodellen för effektivt tvärsnitt beaktas parametrarna för hållfasthets- och styvhetsreduktion genom att träets normala temperaturegenskaper multipliceras med kfi. Ett skikt med djupet d0 som inte antas ha någon hållfasthet subtraheras från resttvärsnittet (eller med andra ord förkolningsdjupet ökas med d0). Trots att så mycket som 35 till 40 mm under kolskiktet påverkas av höga temperaturer vid oskyddade tvärsnitt är djupet för detta skikt d0 endast 7 mm för normala tvärsnitt som brandexponeras på tre eller fyra sidor enligt SS-EN 1995-1-2. Vanligtvis är d0 en funktion av tvärsnittets form. För specifika tvärsnitt och partiellt skydd kan d0 vara betydligt större.
För beräkning av hållfastheten hos ett brandexponerat element reduceras det ursprungliga tvärsnittet med det ekvivalenta förkolningsdjupet dchar,n och skiktet d0. Det effektiva förkolningsdjupet ges som:
\(d_\text{ef}=d_\text{char,n} + k_0 d_0\)
där k0 tar hänsyn till att det icke lastupptagande skiktet inte är fullt utvecklat under de första tjugo minuterna för initialt oskyddat trä, eller till start av förkolning av skyddat trä. SS-EN 1995-1-2 antar en lineär ökning från 0 till 1 under denna tid.
Därmed kan en betydande hållfasthetsreduktion ske i tvärsnittet redan vid förkolningens början hos små skyddade tvärsnitt trots att tvärsnittet fortfarande inte visar tecken på förkolning.
