Olyckslaster

Byggnadsverks bärförmåga ska verifieras för så kallad exceptionell dimensioneringssituation. Lastkombinationen för denna dimensioneringssituation innefattar en olyckslast som huvudlast. Olyckslasten kan vara känd eller okänd. Exempel på kända olyckslaster är påkörning och brand. Okänd olyckslast är en ospecificerad olyckshändelse.

Olyckslast enligt SS-EN 1990

Enligt eurokoden SS-EN 1990 ska byggnadsverks bärförmåga verifieras för ett antal dimensioneringssituationer. En av dessa är exceptionell dimensioneringssituation. Förutom de permanenta och variabla laster som ingår i de flesta lastkombinationer innehåller lastkombinationen även en olyckslast.

Enligt SS-EN 1990 är en olyckslast en last med kort varaktighet, men av betydande storlek. Vidare anges att lasten sannolikt inte kommer att uppträda på ett visst bärverk under dess avsedda livslängd. Som olyckslast betraktas exempelvis brand, påkörning, slag och stöt, explosion och byggnadsverkets fortbestånd efter en ospecificerad olyckshändelse.

Brand är en olyckslast som hanteras i särskilda delar av eurokoderna och omfattas inte av denna vägledning. Yttre explosioner samt krigs- och terroristhandlingar omfattas varken av regler i EKS eller av regler i eurokoderna.

Känd och okänd olyckslast i SS-EN 1991-1-7

Enligt eurokoden för olyckslast, SS-EN 1991-1-7, kan en olyckslast vara känd eller okänd. Beroende på om olyckslasten är känd eller okänd ska olika metoder tillämpas. I schemat i figuren nedan över olika metoder för kända och okända olyckslaster, som är citat från motsvarande schema i SS-EN 1991-1-7 anges vilka metoder som kan tillämpas när byggnader och andra byggnadsverk dimensioneras för olyckslast.

I schemat i eurokoden används dock inte termen "okänd olyckslast" för okända olyckslaster. I stället används begreppet "begränsning av ett lokalt brott". Dessutom används inte samma benämning på de metoder som kan tillämpas. Exempelvis anges att för okänd olyckslast kan man dimensionera bärverket för en minsta robusthet. Vad som avses med en minsta robusthet är att om en byggnadsdel kollapsar på grund av en känd olyckslast kan det accepteras så länge kollapsområdet inte överskrider det högst tillåtna.

För okänd olyckslast används inte begreppet "minsta robusthet" när det gäller metoden att begränsa ett lokalt brott så att det inte överskrider ett högsta tillåtet kollapsområde. I stället anges som metod att bärverkets redundans kan ökas genom alternativa lastvägar.

Att olika termer och begrepp används i olika delar för samma saker gör eurokoden svårläst. I denna vägledning har därför ett motsvarande schema gjorts som det i figuren nedan, men med användning av termerna "känd" och "okänd" olyckslast, respektive begreppet "begränsning av lokalt brott" för att tydliggöra tillämpliga metoder för kända och okända olyckslaster.

Hur metoderna i eurokoden ska tillämpas enligt EKS

Eftersom eurokodens beskrivning av metoderna, se schemat ovan, är otydlig benämns metoderna för kända och okända olyckslaster i EKS och i denna vägledning enligt figuren nedan.

För kända olyckslaster får metoderna: begränsning av lokalt brott, förhindra eller reducera lasten och dimensionera bärverket för lasten tillämpas. För okända olyckslaster får metoderna: begränsning av lokalt brott, dimensionera som väsentlig bärverksdel respektive sammanhållning och duktilitet tillämpas.

Känd olyckslast

En känd olyckslast kan vara att ett vägfordon eller ett tåg som kör in i byggnaden. För påkörning av vägfordon beror olyckslastens storlek på byggnadens avstånd från vägen samt vägens hastighetsbegränsning.

Ett annat exempel på en känd olyckslast är invändig explosion. Om det exempelvis finns stadsgas indraget i en byggnad eller om verksamheten i byggnaden medför viss sannolikhet för explosion, till exempel på grund av dammbildning ska enligt avsnitt 5 i SS-EN 1991-1-7 byggnaden dimensioneras för undvikande av fortskridande ras på grund av en invändig explosion. För byggnader i konsekvensklass CC1 behöver dock inga särskilda åtgärder göras för att dimensionera för invändig explosion. För byggnader i CC2a, CC2b och CC3 bör, enligt SS-EN 1991-1-7, bärförmågan hos väsentliga bärverksdelar dimensioneras antigen genom en analys med ekvivalenta statiska lastmodeller, det vill säga genom att beräkna och dimensionera bärverksdelarna för explosionstrycket, eller genom att tillämpa föreskrivna regler om sammanhållning och detaljutformning. För bärverksdelar i CC3 anges att en dynamisk analys bör göras.

Vilken metodik som bör användas vid dimensionering för olika slag av invändiga explosioner kan anges i ett nationellt val. Sverige har dock inte gjort något sådant val i EKS. Det innebär att båda metoderna: beräkna och dimensionera för explosionslasten eller tillämpa regler om sammanhållning och duktilitet kan tillämpas. För att beräkna explosionstrycket kan modeller enligt bilaga D i SS-EN 1991-1-7 användas. Vidare anges i SS-EN 1991-1-7 att det även är tillåtet att tillämpa metoden med begränsning av lokalt brott (se nedan), när det gäller att dimensionera en byggnad för en invändig explosion.

I EKS ställs det, förutom krav på att dimensionera för invändig explosion enligt SS-EN 1991-1-7, särskilda krav på att väggar, trapplopp och trapplan i Tr1- och Tr2-trapphus som utgör enda utrymningsväg. Sådana trapphus ska dimensioneras för en explosionslast om det finns gas indraget i byggnaden eller någon explosionsfarlig verksamhet.

Okänd olyckslast

Med okänd olyckslast avses att någonting oförutsett skulle kunna slå ut en bärverksdel. Eftersom den händelse som ska förutsättas inträffa är okänd kan man i princip inte dimensionera för någon specificerad olyckslast såsom i fallet med känd olyckslast. Att ändå hantera en okänd händelse i någon mening kan göras genom att välja robusta konstruktionslösningar.

Ett sätt att pröva om de konstruktionslösningar och material som har valts medför en robust konstruktion är genom att fiktivt ta bort en bärverksdel i taget och analysera om byggnaden förblir stabil och om det i reglerna tillåtna kollapsområdet inte överskrids. Om så är fallet är byggnaden tillräckligt stabil.

Om den fiktivt borttagna bärverksdelen inte kan överbryggas och en kollaps av den leder till ett större kollapsområde än det tillåtna ska en av två metoder tillämpas för att göra byggnaden tillräckligt robust. Den ena metoden är att dimensionera bärverksdelar som väsentliga. Genom att göra det antas att bärverksdelen kommer att stå kvar även efter att en okänd händelse har inträffat. Detta eftersom en väsentlig bärverksdel dimensioneras för större lasteffekter än den annars skulle dimensioneras för.

Den andra metoden är att hålla samman olika bärverksdelar så att exempelvis en oavsiktlig stöt inte får bärverksdelar att glida av sina upplag eller så att en kollapsad bärverksdel kan överbryggas. I eurokoden och EKS tillämpas för detta ändamål förskrivna kapaciteter hos sammanhållningen. Det innebär att, genom att anordna horisontell inre sammanhållning i två vinkelräta riktningar, sammanhållning längs byggnadens periferi och för byggnader i konsekvensklass 2b också vertikal sammanhållning av pelare och väggar, byggnaden antas bli tillräckligt robust för att klara en okänd olyckslast. Man behöver alltså inte heller för den här metoden visa att sammanhållningen är tillräcklig för att överbrygga en kollapsad bärverksdel eller att kollapsområdet begränsas.

Val av metoder för att dimensionera för olyckslast

Termer och begrepp i eurokoden

I figuren i eurokoden, se ovan, anges att en metod för känd olyckslast är att "dimensionera bärverket för en tillräcklig minsta robusthet". Vad den metoden innebär är att om en bärverksdel slås bort av en känd olyckslast kan det accepteras om kollapsområdet inte överskrider en maximal tillåten storlek. Det gäller alltså att begränsa ett lokalt brott om en bärverksdel slås ut, exempelvis om ett fordon kör in i en pelare.

För okänd olyckslast, eller som det står i figuren "metoder baserade på begränsning av ett lokalt brott" anges att en metod är att "öka bärverkets redundans". Vad den metoden innebär är också att om en bärverksdel slås bort av okänd anledning kan det accepteras om kollapsområdet inte överskrider en maximal tillåten storlek. Det betyder att både för känd olyckslast och för okänd olyckslast kan man tillämpa metoden där ett lokalt brott begränsas.

Ur figuren i eurokoden går det inte ensamt att utläsa att "metoder baserade på begränsning av ett lokalt brott avser metoder för att hantera okända olyckslaster. Det går inte heller att utläsa ur figuren att "dimensionering av bärverket för en tillräcklig minsta robusthet" och "öka bärverkets redundans" betyder att ett lokalt brott till följd av en kollapsad bärverksdel ska begränsas så att det inte leder till att kollapsområdet sprider sig och blir större än det maximalt tillåtna.

Begränsning av lokalt brott (känd och okänd olyckslast)

Enligt ett nationellt val i EKS tillåts att en byggnad till följd av en olyckslast får kollapsa i en viss omfattning. Det viktiga är att ett lokalt brott inte sprider sig okontrollerat till följd av att fler bärverksdelar kollapsar. Omfattningen av tillåten kollapsad area görs i ett nationellt val i EKS.

Metoden med begräsning av lokalt brott får tillämpas både när det gäller kända och okända olyckslaster. Det är alltså tillåtet att ha exempelvis en pelare i en byggnad nära en trafikerad väg som inte klarar den påkörningslast som pelaren ska dimensioneras för, bara inte kollapsområdet blir större än det maximalt tillåtna. Om man väljer att tillämpa denna metod gäller det att säkerställa att intilliggande bärverksdelar klarar av att bära eventuella tillkommande laster som annars skulle ha burits av den eller de kollapsade bärverksdelarna.

Om en kollaps av en ensam bärverksdel skulle leda till ett kollapsområde som är större än det tillåtna kan metoden inte tillämpas. Då måste i fallet med en känd olyckslast bärverksdelen antingen dimensioneras för hela lasten, eller för en genom olika anordningar reducerad last. Alternativt kan byggnadsdelen skyddas helt från olyckslasten genom barriärer eller genom att byggnaden flyttas så att olyckslasten inte behöver beaktas.

För en okänd olyckslast där ett fiktivt borttagande av en bärverksdel leder till ett otillåtet stort kollapsområde måste någon av metoderna väsentlig bärverksdel eller sammanhållning tillämpas. I EKS anges vilken längd av en väggsektion som ska antas kollapsad när metoden med begränsning av lokalt brott tillämpas.

Förhindra lasten eller reducera lasten (känd olyckslast)

Metoden att förhindra eller reducera lasten får tillämpas på kända olyckslaster. Att förhindra en känd olyckslast kan exempelvis göras genom att välja en annan placering av en byggnad i förhållande till en väg eller farled. Det kan också göras genom att sätta upp en barriär som dimensioneras för hela olyckslasten eller som på annat sätt förhindrar olyckslasten från att nå byggnaden.

Om lasten reduceras måste bärverksdelen ändå dimensioneras för den reducerade lasten och övriga laster i lastkombinationen. Den andra metoden för okänd olyckslast kan därför sägas i första hand handla om att förhindra olyckslasten från att uppkomma. Ibland kan det dock vara omöjligt att helt förhindra en olyckslast. Det gäller exempelvis invändiga explosioner som kan inträffa i dammbildande verksamheter. Då kan explosionslasten reduceras genom att installera ventilationsluckor.

Dimensionera bärverket för lasten (känd olyckslast)

Metoden att dimensionera för lasten får tillämpas på kända olyckslaster. Om man väljer denna metod ska man helt enkelt dimensionera bärverksdelen för den aktuella kända olyckslasten. När man dimensionerar en bärverksdel för en olyckslast alternativt för en reducerad får man använda karakteristiska materialhållfastheter och karakteristiska värden på permanenta laster. Dock gäller för betongen att hållfastheten även i olyckslastfallet ska reduceras, men då genom division med 1,2 i stället för med 1,5, se stycke 2.4.2.4 i SS-EN 1992-1-1.

För variabla laster får det karakteristiska värdet reduceras med lastkombinationsfaktorn ψ1. Någon partialkoefficient för säkerhetsklass tillämpas inte i lastkombinationen för olyckslast.

Dimensionera som väsentlig bärverksdel (okänd olyckslast)

Metoden att dimensionera som väsentlig bärverksdelar får tillämpas för okända olyckslaster. Om det inte går att överbrygga en kollapsad bärverksdel eller om en kollapsad bärverksdel leder till att tillåten kollapsad area överskrids kan metoden väljas. I EKS finns ett nationellt val till metoden.

För pelare, takstolar och balkar är det ingen specifik last som dessa ska dimensioneras för när man väljer metoden med väsentlig bärverksdel. I stället ska sådana bärverksdelar ha en bärförmåga som är 1,3 gånger större än de lasteffekter som erhålls enligt lastkombinationer 6.10a och 6.10b i avdelning B i EKS.

När bärförmågan beräknas för en väsentlig bärverksdel ska materialens hållfastheter hanteras i enlighet med lastkombination 6.10a och 6.10b. Det betyder att materialens hållfastheter ska divideras med respektive material partialkoefficient, γ_M, i enlighet med vad som gäller för transienta och varaktiga dimensioneringssituationer (STR).

Sammanhållning och duktilitet (okänd olyckslast och invändig explosion)

Metoden sammanhållning och duktilitet får användas när byggnaden ska dimensioneras för okänd olyckslast och också när det gäller invändig explosion. Hur sammanhållningen ska dimensioneras anges i bilaga A i SS-EN 1991-1-7. Om metoden väljs kan det räcka med horisontell sammanhållning om byggnaden faller inom konsekvensklass 2a enligt tabell A.1 i SS-EN 1991-1-7. Om metoden väljs för byggnader som faller inom konsekvensklass 2b enligt samma tabell ska även vertikal sammanhållning anordnas.

I EKS ges i ett nationellt val för tillämpningen av bilaga A en möjlighet till reducerad kapacitet för horisontell sammanhållning. I EKS anges också vilken längd som ska användas i uttrycken för dimensioneringen av sammanhållning om den vertikala bärningen utgörs av väggar, något som saknas i eurokoden.

Med duktilitet avses att sammanhållningen mellan olika bärverksdelar bör vara utformad så att dessa kan ta upp stora deformationer utan att gå till brott. Detta kan uppnås genom lämplig detaljutformning som medger att anslutningar kan rotera och dragband kan töjas, samt genom lämpliga val av material som medger detta.

Sammanhållningsarmering enligt SS-EN 1992-1-1

Betongkonstruktioner ska alltid hållas samman enligt en SS-EN 1992-1-1 avsnitt 9.10. Om krav på dimensionering för okänd olyckslast enligt SS-EN 1991-1-7 ger större krav på sammanhållning ska även dessa regler uppfyllas. Som alternativ till reglerna om sammanhållning i SS-EN 1991-1-7 kan begränsning av lokalt brott eller dimensionering som väsentlig bärverksdel tillämpas. Men kraven om sammanhållning enligt EN 1992-1-1 ska alltid tillämpas.