Riskanalys bilaga - Partille kommun

PARTILLEBO AB 

PARTILLE MULTIARENA 

RAPPORT 

Strukturanalys av byggnad m a p explosionsbelastning 

Beräkning baserad på preliminär stomme. 

Göteborg 2012-05-10 

Thomas Hallgren 

COWI AB 

Skärgårdsgatan 1, Göteborg 

Postadress: Box 12076, 402 41 GÖTEBORG 

Telefon: 010-850 10 00 

Dokumentnr: A026849\3\doc\rap001_Partille_Arena 

\\cowi.net\projects\a025000\a026849\4\07\thhn-ber\rap001_partille_arena_final.docx/thhn 

1(38)


2(38) 

INNEHÅLLSFÖRTECKNING Sid 

1 INLEDNING 3 

1.1 Bakgrund 3 

1.2 Omfattning 3 

1.3 Sammanfattning 3 

1.4 Slutsats 4 

1.5 Referenser 6 

2 ALLMÄNT OM SKADOR TILL FÖLJD AV EXPLOSIONER 7 

2.1 Skador på människor 7 

2.2 Explosioner – karakteristik och begrepp 8 

3 ANALYSFÖRUTSÄTTNINGAR 11 

3.1 Byggnadens geometriska utformning 11 

3.2 Beräkningsmodellens geometri 12 

3.3 Tvärsnitt – och materialdata 13 

3.4 Lastmodell 14 

3.5 Massmodell 18 

3.6 Analysmetodik 18 

4 ANALYSRESULTAT MED KOMMENTARER 19 

4.1 Resultat av beräkningarna (statisk analys och 

egenfrekvens) 19 

4.2 Resultat av beräkningarna (dynamiska analyser) 23 

4.3 Kommentarer på analysresultaten 36 

5 KORT ALTERNATIV SAMMANFATTNING 38

Fackområde, Avd / Discipline, Dept 

BYGGTEKNIK 

1 INLEDNING 

1.1 Bakgrund 

Dokumenttyp / Type of document 

RAPPORT 

Projekt, Uppdrag, Ärende / Project, Assignment, Subject 

PARTILLEBO AB: Partille Multiarena 

Strukturanalys av byggnad m a p 

explosionsbelastning. Beräkning 

baserad på preliminär stomme. 


Kapitel / Chapter 

Dokumentnr / Document No. 

Utfärdare / Issuer 

Datum / Date 

Sida nr / Page No. 

A026849\3\doc\rap001_Partille 


2012-05-10 

3(38) 

Rev. 

Rev.dat. / Date of rev. 

Bakgrunden till följande rapport är det föreslagna uppförandet av en Multiarena i 

Östra centrum av Partille kommun. Arenans placering med en långsida som löper 

utefter E20 på ett avstånd av ca 30 m gör att risken för en olycka som inkluderar 

en explosion måste beaktas vid utförandet av byggnaden. 

COWI’s uppdrag omfattar en riskanalys vilken tar fram dimensionerande 

skadefall avseende nämnda explosion. I förlängningen har också effekterna av 

de aktuella skadefallen studerats på en tänkt byggnads stomme. 

1.2 Omfattning 

Rapporten omfattar analyser avseende hur en representativ del av byggnaden 

fungerar vid en eventuell olycka i form av en explosion på närliggande E20. 

Baserat på den utförda riskanalysen har två skadefall avseende explosion 

studerats. Dels ett fall med ett gasmoln av 10 kg gasol med volym 100 m 3 . Det 

andra fallet innebär att 200 kg TNT exploderar. De två fallen har studerats genom 

dynamiska simuleringar där respektive stötvåg belastar byggnaden och 

effekterna utvärderas. 

I rapporten finns också kommentarer avseende konsekvenserna av en stötvåg på 

övriga delar av byggnaden som dörrar och fönster. Dessa kommentarer är dock 

mera av typen resonemang. 

1.3 Sammanfattning 

Om man börjar med att koppla de aktuella trycknivåerna till direkta personskador 

så gäller följande för de aktuella trycken (gasmoln ~5.5 kPa samt 200 kg TNT 

knappt 40 kPa). Övertrycken leder i sig själva inte till några allvarliga direkta 

skador, se kapitel 2.1.1. 

De skador som kan bli aktuella är istället att byggnaden eller delar av den 

kollapsar och därmed skadar personer som vistas i eller intill denna. Resultaten 

av analyserna indikerar då följande effekter. 

Fasaden mot E20 (söder) bör utföras så tät som möjligt. Denna yttervägg 

kommer att belastas av reflektionstryck från explosionen och framför allt fallet 

200 kg TNT innebär relativt höga tryck vilket i princip förutsätter en betongvägg. 

Man bör också undvika dörrar i denna fasad men detta innebär enligt uppgift 

problem med byggnadens planlösning. Erfarenheter från andra projekt visar att 

man kan använda förstärkta dörrar (typ förstärkta branddörrar). Men för denna 

typ av dörrar är trycken från 200 kg TNT troligen ett problem. För att klara dessa 

tryck krävs troligen skyddsrumsdörrar (stötvågsdörrar). 

För övriga fasader och taket minskar de aktuella trycken med det ökande 

avståndet till E20 och den antagna olyckan. Samtidigt så gäller för övriga fasader 

att dessa har i relativt stora glasytor.


BYGGTEKNIK 


RAPPORT 













Datum / Date 

2012-05-10 

4(38) 

Rev. 


En ren glasruta klarar enligt uppgift ca 1.4 kPa vilket inte är tillräckligt för båda de 

aktuella skadefallen. Det man då kan göra är att förstärka glaset genom att klistra 

på polyesterfolie (www.milsec.se). Denna åtgärd innebär att glasets förmåga att 

motstå en stötvåg förbättras avsevärt. Med polyesterfolie klarar glaset klass ER1 

enligt SS-EN 13541 vilket innebär 50 kPa övertryck. Detta förutsätter dock att 

glaset fästs till karm och till byggnadens stomme på ett tillfredställande sätt. För 

stora glasytor kan detta innebära att avsevärda krafter skall förankras in i den 

bärande stommen. 

Här finns också en möjlighet att föra ett resonemang kring de två skadefallen. 

Eftersom trycken i båda fallen avtar med ökande avstånd från E20 så kan man 

notera att trycket från gasmolnsexplosionen når en acceptabel nivå innan 

stötvågen träffar norra fasaden. Med acceptabel nivå menas då att inga större 

förstärkningar krävs. För östra och västra fasaderna (kortsidor med varierande 

belastning) krävs förstärkningar för båda skadefallen. Skall man klara fallet med 

200 kg TNT så krävs åtgärder även på norra fasaden. 

Slutligen, när det gäller byggnadens stomme, så är naturligtvis taket av stort 

intresse. Stora delar av taket bärs av fackverk med relativt stor spännvidd. 

Baserat på stötvågens varaktighet samt byggnadens dynamiska egenskaper blir 

lasteffekten på taket acceptabel. Detta beror också till stor del på att endast en 

del av taket belastas vid varje tidpunkt p g a stötvågens korta varaktighet. 

För taket har två lösningar studerats. Det ena systemet baseras på att ett relativt 

tungt tak (betongtak) vilar på fackverken. Det andra systemet baseras på att ett 

relativt lätt tak (plåttak) vilar på fackverken. Den tyngre konstruktionen kan 

utföras starkare men det är tveksamt om den kan göras så stark att 200 kg TNT 

inte innebär några skador. Om yttertaket skulle skadas och delvis kollapsa av en 

explosion innebär sannolikt nedfallande delar av ett betongtak en större risk för 

personskador än vad nedfallande delar av ett plåttak innebär. 

Oavsett vilken typ av konstruktion man väljer så bör man säkerställa att det finns 

en redundans i systemet som stabiliserar fackverken. Detta för att inte få ett 

fortskridande ras om en del av taket skadas. Man kan använda traditionell 

skivverkan i yttertaket men bör troligen även ha någon form av 

horisontalfackverk. 

1.4 Slutsats 

De två skadefall som studerats är dels en gasmolnsexplosion som motsvarar ett 

gasmoln av 10 kg gasol med volym 100 m 3 samt fallet att 200 kg TNT detonerar. 

Båda fallen innebär skador på byggnaden i form av krossade fönster, eventuellt 

skadade dörrar skador på väggar och tak. Det sistnämnda fallet innebär större 

skador p g a högre tryck. Det bör dock påpekas att de aktuella skadorna på 

strukturen inte automatiskt innebär stora personskador. Fönster kan för 

förstärkas så att den krossade rutan inte medför flygande glassplitter. 

I den tidigare riskanalysen från WSP, referens [21], så nämns ytterligare två 

skadefall som intressanta för dimensioneringen. De två fallen är dels 2000 kg 

TNT samt 16 000 kg TNT. Dessa två fall har inte studerats i denna rapport då de 

anses ge orimliga konsekvenser. Om man jämför side-on trycken så innebär 

gasmolnsexplosionen ~ 5.5 kPs och 200 kg TNT ~ 40 kPa. För fallen 2000 kg


BYGGTEKNIK 


RAPPORT 













Datum / Date 

2012-05-10 

TNT respektive 16 000 kg TNT erhålls 220 kPa respektive 1400 kPa på samma 

avstånd. Enligt uppgift kan man med polyesterfolie förstärka ett fönster till 50 

kPa, sedan fungerar det inte. När det gäller de högre trycken så kan även 

platsgjuten betong innebära problem. Speciellt med tanke på de stora 

spännvidder som förekommer i byggnaden. 

5(38) 

Rev. 


De utförda beräkningarna baseras på ett antal antaganden. Det gäller 

antaganden om stommens geometri, materialval, tvärsnittsdimensioner och 

liknande. Vid den slutliga dimensioneringen bör man kontrollera så att den 

slutliga stommen får acceptabla egenskaper vad gäller primärt dynamik, seghet 

och styrka. Man bör alltså inkludera en slutlig analys avseende effekterna från en 

dimensionerande explosion vid genomförandet av det slutliga konstruktionsarbetet. 

Avslutningsvis kan nämnas att det finns andra alternativ när det gäller valet av 

stomme. Det som nu studerats är en stomme av primärt betong med en 

platsgjuten fasad mot E20. Författaren har haft en del diskussioner med kollegor 

kring olika andra idéer och man kan mycket väl tänka sig andra stomsystem. En 

fylligare utvärdering kan i så fall utföras i nästa skede av projektet. Denna del av 

studien var mera inriktad mot att studera genomförbarhet och att ge en översikt 

avseende konsekvenserna.


BYGGTEKNIK 

1.5 Referenser 


RAPPORT 

1.5.1 Normer och handböcker 










Datum / Date 




2012-05-10 

[1] SS – EN 1990: Eurokod – Grundläggande dimensioneringsregler för 

bärverk 

[2] SS – EN 1991–1–1: Laster på bärverk – Allmänna laster – Tunghet, 

egentyngd, nyttig last för byggnader 

[3] SS – EN 1991–1–3: Laster på bärverk – Allmänna laster – Snölast 

[4] SS – EN 1991–1–4: Laster på bärverk – Allmänna laster – Vindlast 

[5] SS – EN 1991–1–7: Laster på bärverk – Allmänna laster – Olyckslast 

[6] SS – EN 1992–1–1: Dimensionering av betongkonstruktioner – Allmänna 

regler och regler för byggnader 

[7] SS – EN 1993–1–1: Dimensionering av stålkonstruktioner – Allmänna 

regler och regler för byggnader 

[10] FOA: Vådautsläpp av brandfarliga och giftiga gaser och vätskor. Metoder 

för bedömning av risker. FOA Juni 1997. 

[11] Blast Effects on Buildings, Edited by G C Mays and P D Smith, Thomas 

Telford Publications 1995 

[12] Design of Blast Resistant Buildings in Petrochemical Facilities, Report, 

ASCE 1997 

[13] Svingning av Konstruktioner Pål G Bergan m fl, Tapir Förlag 1981 

[14] Tryggve Handboken, Mil Sec Sverige AB, Utgåva 5, Jan 2012 

1.5.2 Projektspecifika referenser 

[20] Riskrapport COWI 

[21] Riskanalys Partille Arena, Explosion av transport mes ADR-S klass 1, 

WSP 2011-08-15 

[22] Ritningsunderlag från Tengbom 

6(38) 

Rev. 

Rev.dat. / Date of rev.


BYGGTEKNIK 


RAPPORT 






2 ALLMÄNT OM SKADOR TILL FÖLJD AV EXPLOSIONER 

2.1 Skador på människor 





Datum / Date 




2012-05-10 

Skador på människor till följd av explosioner (luftstötvåg) kan vara direkta 

(primära) eller indirekta. De indirekta skadorna delas i sin tur in i sekundära 

(föremål kastas av explosionen mot människor) eller tertiära (människor kastas 

iväg av explosionen). En form av indirekt skada uppstår om personer råkar 

befinna sig i en kollapsande byggnad. 

2.1.1 Direkta skador 

Den tryckkänsligaste delen av människokroppen är örats trumhinna. Vid alltför 

höga tryck går den sönder och skador på mellanörat kan leda till permanent 

hörselskada. 

Figuren nedan visar trumhinnerupturer [%] som funktion av övertryck [kPa]. 

Exempel: Ett övertryck av 30 kPa innebär att 3 – 4 % av de berörda personerna 

får sin trumhinna skadad. 

En annan gräns som kan belysas är när skador på lungor uppstår. Detta 

gränstryck brukar sättas till 70 kPa. 

Förväntade skadenivåer som funktion av tryck ges i tabellen nedan: 

Skade Infallande tryck [kPa] 

Gräns för lungskador (alla skadade) 70 

Gräns för dödliga skador (1 % döda) 180 

10 % döda 210 

50 % döda 260 

90 % döda 300 

99 % döda 350 

7(38) 

Rev. 



BYGGTEKNIK 

2.1.2 Indirekta skador 


RAPPORT 













Datum / Date 

2012-05-10 

Indirekta skador till följd av explosioner kan uppkomma dels av föremål som 

kastas av explosioner och träffar en person eller att en person kastas omkull av 

explosionen. 

Det är ganska uppenbart att tyngre föremål kräver lägre hastighet för att orsaka 

allvarliga skador än lättare föremål. T ex gäller överslagsmässigt att ett föremål 

som väger ca 1 kg (0.91 kg = 2 lb) orsakar allvarliga huvudskador vid en 

hastighet av 6 m/s. En hastighet som uppnås efter blott ca 1,8 meters fritt fall. 

8(38) 

Rev. 


Om en person istället kastas omkull så kan tröskelvärdet för huvudskada antas till 

4.0 m/s och för en mera allmän skada gäller 6.4 m/s. 

När det gäller indirekta skador är dock den typ av skada som denna rapport 

fokuseras på primärt inriktad mot att byggnaden eller delar av den kollapsar och 

därmed skadar personer inne i denna. 

2.2 Explosioner – karakteristik och begrepp 

2.2.1 Explosionens karakteristik 

En explosionsbelastning karakteriseras normalt av två parametrar: 

Tryckvärdet, ps + , som anger stötvågens tryck utöver atmosfärstrycket, p0. 

Stötvågens varaktighet, T + , som anger hur länge stötvågen påverkar den 

belastade strukturen. 

Ytterligare en parameter som ibland används är explosionens impuls, is + . Den 

kan i någon mening anses visa explosionens energi och för en triangulär puls 

gäller att is + = [ps + x T + ] / 2. 

I följande figur visas, grafiskt, sambandet mellan dessa tre parametrar. 

I figuren redovisas även stötvågens negativa fas vilken ofta försummas vid en 

dimensionering då den positiva fasen ofta helt dominerar responsen. Det kan 

noteras att den typen av stötvåg som visas i figuren ofta approximeras som en 

triangulär stötvåg. 

Varaktigheten, T + , benämns ofta också td.


BYGGTEKNIK 


RAPPORT 






2.2.2 Explosionens kraftpåverkan på byggnader 








Datum / Date 

2012-05-10 

Avståndet till explosionskällan och orientering till den samma är av stor 

betydelse. 

Begrepp som ofta förekommer i explosionsterminologi är: 

Side – on tryck, är en allmän tryckökning till följd av att stötvågen 

passerar konstruktionen. Påverkar alla delar av en byggnad oavsett 

orientering eller avskärmning. Det tryck som normalt anges i 

förutsättningarna är side – on trycket. 

9(38) 

Rev. 


Reflekterat tryck, avser trycket på de delar av konstruktionen som äv 

vända mot explosionen och därmed påverkas av stötvågen mera direkt. 

Termen kommer av att konstruktionsdelen tvingas att "reflektera" 

stötvågen. Typiskt gäller att det reflekterade trycket är ~ 2 gånger side – 

on trycket 

Stötvågens styrka mot en konstruktion är beroende av avståndet mellan 

explosionens epicentrum och konstruktionen. Styrkan är proportionell mot R 1/3 

vilket beror på att stötvågen utbreder sig i en halvsfär. 

2.2.3 Explosionens effekt på en byggnad 

För att slutligen bestämma effekten av en stötvåg mot en konstruktion krävs 

också att konstruktionens dynamiska egenskaper är kända. Detta beroende på 

att konstruktionen kan reagera mer eller mindre i samverkan med stötvågen. 

Kopplingen mellan konstruktionens dynamiska egenskaper, uttryckt som en 

egenfrekvens, och stötvågens egenskaper, uttryckta som en varaktighet *) , är 

avgörande för vilka påfrestningar byggnaden utsätts för. 

*) varaktigheten kallas ofta också impulstid. 

Figuren nedan, hämtad ur referens [13], visar en modell för att behandla denna 

samverkan. t1 avser stötvågens varaktighet och T är egensvängningstiden (1 / f). 

I fallet med en explosion så har vi ofta en relativt lång varaktighet jämfört med 

strukturens egenfrekvens:


BYGGTEKNIK 


RAPPORT 










10(38) 




Datum / Date 

2012-05-10 

Som ett exempel gäller för en konstruktion med egenfrekvensen 10 Hz: 

Rev. 


t1 = T + = 0.1 s och T = 1 / f = 1 / 10 Hz = 0.1 s detta ger t1 / T = 1.0. För impuls typ 

c erhålls förstärkningsfaktorn D = ~1.5 enligt figur 3-2. 

En väldig enkel liknelse i sammanhanget är om ett högt (vekt) torn träffas av en 

mycket kortvarig stötvåg. Effekten kan då bli att stötvågen passerar utan att 

tornet hinner ”reagera”. Det blir då ingen skadeverkan alls. En lång varaktighet 

med en relativt långsam pålastning motsvarar en statisk belastning. 

I detta sammanhang kan också byggnadens förmåga att deformeras plastiskt 

inkluderas i analysen. En plastisk deformation innebär då att explosionens energi 

upptas effektivare. Men detta förutsätter att konstruktionen har tillräcklig 

deformationsförmåga och att stabilitet inte är begränsande.


BYGGTEKNIK 


RAPPORT 


3 ANALYSFÖRUTSÄTTNINGAR 





3.1 Byggnadens geometriska utformning 





Datum / Date 


11(38) 



2012-05-10 

Byggnaden består av olika delar beroende på att olika funktioner skall 

tillgodoses. Det finns ett större arenarum med omklädningsrum, kök med 

restaurangdelar, ett gym, en mindre hall och en bowlinghall. Det finns också 

utrymmen med rena stödfunktioner (typ teknikutrymmen, förråd etc). Dessutom 

inryms en yta avsedd för kontor i arenan. 

Rev. 


I sammanhanget har de olika utrymmenas funktion inte värderats. I rapporten 

studeras enbart explosionens effekt på byggnaden. Beräkningsmässigt studeras 

primärt effekten på stommen men även vissa andra delar värderas och 

kommenteras. Detta gäller exempelvis den effekt som en explosion kan få på 

byggnadens glasfasader. 

Figuren ovan visar den använda modellen snett uppifrån. Det bör observeras att 

endast en relativt liten del av byggnaden modellerats och analyserats. Den del 

som analyserats bedöms ändå som representativ för att bedöma byggnadens 

egenskaper i detta skede. Notera dock att figuren ovan inte visar alla erforderliga 

bärverksdelar i byggnaden. Det saknas, bland annat, pelare och fasadväggar.


BYGGTEKNIK 


RAPPORT 






3.2 Beräkningsmodellens geometri 





Datum / Date 


12(38) 



2012-05-10 

De konstruktionsdelar som studerats beräkningsmässigt i FEM – modellen är 

följande: 

Fasaden som är vänd mot E20 (p g a stor belastning) 

Taket ovanför arenarummet (p g a stora spännvidder), fackverk med 

centrumavstånd 6 m har förutsatts. 

Rev. 


Beräkningsmodellen som används för att studera dessa delar visas i figuren 

nedan. Modellen omfattar en strimla av byggnaden och är 24.0 m lång med fyra 

takfackverk med centrumavståndet 6.0 m. 

De två figurerna, ovan och nedan, visar modellen från två olika håll.


BYGGTEKNIK 


RAPPORT 


3.3 Tvärsnitt – och materialdata 









Datum / Date 


13(38) 



2012-05-10 

I den utförda analysen har ett antal antaganden anseende tvärsnittdimensioner 

och materialdata tillämpats. Detta har gjorts primärt för att göra det möjligt att 

analysera problemställningen. 

Följande tvärsnittsdimensioner har använts: 

Ytterväggar: 250 mm betong (södra fasaden 300 mm) 

Innerväggar: 200 mm betong 

Bjälklag: 250 mm betong 

Gradänggolv (lutande): 250 mm betong 

Inre pelare: 300 x 300 mm 2 betong 

Yttertak (exklusive fackverksdelen): 

250 mm betong 

Yttertak (fackverksdelen): Lätt tak (typ plåt) alt tungt tak (typ 250 betong) 

Takfackverk: Överram: VKR 350x350x16 

Material 

Underram: VKR 300x300x16 

Diagonaler: VKR 150x150x12.5 

Betong C28/35 antas generellt för betongen. 

Stål S355 antas generellt för stålet. 

Rev. 


Det bör noteras att alla tvärsnittsdimensioner baseras på antaganden. De 

antagna dimensionerna baseras inte på slutliga laster för konstruktionen men är 

en förutsättning för att kunna genomföra en analys.


BYGGTEKNIK 

3.4 Lastmodell 


RAPPORT 










Datum / Date 


14(38) 



2012-05-10 

En byggnad av aktuell typ dimensioneras normalt för följande laster: 

Egentyngd 

Nyttig last 

Snölast 

Vindlast 

Rev. 


För den nu aktuella byggnaden tillkommer en explosionslast till följd av en möjlig 

olycka på E20 utanför arenan. 

3.4.1 Laster (lastvärden) 

3.4.1.1 Egentyngd 

Egentyngden baseras på de i modellen ingående materialens densitet samt 

tyngdacceleration 10 m/s2. 

Se även behandling av massa i kapitel 3.5 "Massmodell". 

3.4.1.2 Nyttig last 

3.4.1.3 Snölast 

Lokaltyp Last qk 

[kN/m 2 ] 

Partialkoefficienter 

Arenautrymme (sittplatser) 2.5 0 = 0.7, 1 = 0.7, 2 = 0.6 

Gångstråk runt arenan 5.0 0 = 0.7, 1 = 0.7, 2 = 0.6 

Kontor 2.5 0 = 0.7, 1 = 0.5, 2 = 0.3 

Göteborg, sk = 1.5 kN/m 2 

Formfaktor för taket, = 1.0 (används i detta skede) 

0 = 0.6, 1 = 0.3,2 = 0.1 

3.4.1.4 Vindlast 

vb = 25 m/s 

Försummas i dessa analyser.


BYGGTEKNIK 

3.4.1.5 Explosionslast 


RAPPORT 






Explosionslastens egenskaper, referens [20] och [21]: 

Skadefall Avstånd från 

epicentrum 

Gasmoln, 10 kg 

gasol med 

volym 100 m 3 

Massexplosion 

200 kg 

Massexplosion 

2000 kg *) 

Massexplosion 

16 000 kg *) 


Side–on tryck, 

ps [kPa] 




Datum / Date 


15(38) 



2012-05-10 

Impuls, is + 

[ kPa s] 

15 m 11.0 0.20 36.4 

30 m 5.5 0.10 36.4 

50 m 3.6 0.066 36.7 

22 m 70 0.45 13.4 

28 m 40 0.36 18.0 

82 m 10 0.13 26.0 

28 m 220 1.5 13.6 

28 m 1400 4.5 6.5 

Rev. 


Varaktighet, 

td [milli sek] 

*) I referens [21] anges fler fall för massexplosion. De två fallen 2000 kg och 

16000 kg har dock inte studerats p g a att konsekvenserna blir orimliga. 

Det dimensionerande fallet anses vara en explosion på E20 ca 30 m från 

byggnaden. I analysen inkluderas dels stötvågens avståndsberoende (ökat 

avstånd => lägre tryck) samt förhållandet att stötvågen rör sig över byggnaden. 

Det sistnämnda innebär att maximalt tryck enbart belastar en del av byggnaden 

vid en viss tidpunkt. 

Stötvågens hastighet och längd kan beräknas enligt följande: 

Gasmoln: 

Massexplosion: 

v 340 

l 

l 

s 

v t 

v t 

d 

v 340 

s 

d 

6 pside 

1 

7 p 

on 

 

348 

36. 

4 10 

6 p 

1 

7 p 

0 

sideon 

 

394 22. 

0 10 

0 

340 

3 

12. 

7m 

340 

3 

8. 

7m 

6 5. 

5 

1 

348m 

/ s 

7 100. 

0 

6 40. 

0 

1 

394m 

/ s 

7 100. 

0


BYGGTEKNIK 


RAPPORT 










16(38) 




Datum / Date 

2012-05-10 

Rev. 


Baserat på ovanstående längder hos stötvågen delas taket i 2 + 11 sektorer med 

följande belastningar (antar konservativt att trycket är linjärt avtagande): 

Gasmoln 200 kg TNT 

Avstånd Längd Belastad del Starttid, t1 Tryck, p Starttid, t1 Tryck, p 

30.0 m 2.9 m Betongvägg 1 0.0100 sek 11.0 kPa (r) 0.0100 sek 77.78 kPa (r) 

32.9 2.9 Betongvägg 2 0.0183 10.48 (r) 0.0174 74.56 (r) 

35.8 5.0 Fackverk 1 0.0267 4.97 (s-o) 0.0247 35.67 (s-o) 

40.8 5.0 Fackverk 2 0.0410 4.51 (s-o) 0.0374 32.89 (s-o) 

45.8 5.0 Fackverk 3 0.0554 4.06 (s-o) 0.0501 30.11 (s-o) 

50.8 5.0 Fackverk 4 0.0698 3.60 (s-o) 0.0628 27.33 (s-o) 

55.8 5.0 Fackverk 5 0.0841 3.14 (s-o) 0.0755 24.56 (s-o) 

60.8 5.0 Fackverk 6 0.0985 2.69 (s-o) 0.0882 21.78 (s-o) 

65.8 5.0 Fackverk 7 0.1129 2.23 (s-o) 0.1009 19.00 (s-o) 

70.8 5.0 Fackverk 8 0.1272 1.77 (s-o) 0.1136 16.22 (s-o) 

75.8 5.0 Fackverk 9 0.1416 1.32 (s-o) 0.1262 13.44 (s-o) 

80.8 5.0 Fackverk 10 0.1560 0.86 (s-o) 0.1389 10.67 (s-o) 

85.8 5.0 Fackverk 11 0.1703 0.40 (s-o) 0.1516 7.89 (s-o) 

Kommentar: 

En sak som är värd att notera i detta sammanhang är att stötvågens längd är 

betydligt mindre är takfackverkens spännvidd. Detta innebär att det stora trycket 

bara belastar en del av taket vid varje tidpunkt. Stötvågen sveper snarare över 

byggnaden än att den trycker till hela byggnaden momentant.


BYGGTEKNIK 


RAPPORT 










17(38) 




Datum / Date 

2012-05-10 

Detta fenomen kan illustreras genom det tidsfunktioner som använts för 

belastningen och några utvalda sådana visas i figuren nedan: 

3.4.2 Lastkombinationer 

For den nu utförda analysen tillämpas förenklade lastkombinationer. Generellt 

gäller enligt Eurokod att lastfaktorer i brottgränstillstånd är 1.35 för permanent 

last och 1.5 för variabel last. För olyckslaster gäller faktorn 1.0. 

Detta ger följande konservativa lastkombinationer: 

Lastkombination Permanent last Variabel last Olyckslast 

Rev. 


Egentyngd Nyttig last Snölast Explosionslast 

Brottgräns 1 1.35 1.5 0.6*1.5 

Brottgräns 2 1.35 0.7*1.5 1.5 

Olyckslast bas 1.0 0.7 0.3 

Olyckslast 1 1.0 0.7 0.3 1.0


BYGGTEKNIK 

3.5 Massmodell 


RAPPORT 










Datum / Date 


18(38) 



2012-05-10 

En väsentlig del i en dynamisk analys är modelleringen av strukturens massa. 

Denna modelleras i detta fall dels baserad på tvärsnittsdata och densitet, dels i 

form av en så kallad icke – strukturell massa som associeras med struktur – 

modellen genom att elementen ges en massa utöver densiteten. Till modellen 

adderas följande massa som icke – strukturell: 

Bjälklag inne i byggnaden: 25 kg/m 2 

Lutande bjälklag, gradänger 100 kg/m 2 

Takbjälklag: 50 kg/m 2 

Yttervägg / Yttertak (exklusive fackverk): 50 kg/m 2 

Yttertak (fackverk) 675 kg/m 2 , tungt tak *) 

Yttertak (fackverk) 100 kg/m 2 , lätt tak *) 

I taket hänger utrustning med i dagsläget okänd vikt. För att inkludera något i 

beräkningen avtas 10 000 kg/fackverk koncentrerat mot fackverkens mitt i fem 

knutpunkter. 

*) Två fall studeras översiktligt: 

3.6 Analysmetodik 

Lätt tak innebär takplåt samt isolering (50 + 50 kg/m 2 ) 

Tungt tak innebär 250 betong samt isolering (625 + 50 kg/m 2 ) 

Rev. 


Analysen utförs i ett antal delsteg där den successivt förfinas. Detta för att kunna 

studera byggnadens respons med tillräcklig noggrannhet utan att överdriva 

precisionen. 

1. Modellering av representativ del som skall studeras. 

2. Beräkning av krafter och moment från normalt förekommande statiska 

laster (nyttig last, snölast etc). 

3. Bedömning av om antagna dimensioner är rimliga för "normala" 

belastningar. 

4. Beräkning av strukturens egenfrekvens. 

5. Dynamisk analys med linjära antaganden. 

Baserat på resultaten av de utförda analyserna dras slutsatser kring strukturens 

egenskaper. Dessa slutsatser baseras, bland annat, på erfarenheter av liknande 

analyser.


BYGGTEKNIK 


RAPPORT 






4 ANALYSRESULTAT MED KOMMENTARER 





Datum / Date 

4.1 Resultat av beräkningarna (statisk analys och egenfrekvens) 

4.1.1 Resultat (krafter och spänningar) 


19(38) 



2012-05-10 

Figuren nedan visar axialkrafter i takfackverken för statiska laster i 

brottgränstillstånd: 

Figuren nedan visar spänningarna för motsvarande belastning: 

Rev. 



BYGGTEKNIK 


RAPPORT 






Böjmoment i ytterväggen (moment för vertikal armering): 

Kommentar: 





Datum / Date 


20(38) 



2012-05-10 

Rev. 


Fackverkens tvärsnittsdimensioner är valda så att spänningsnivåerna blir relativt 

normala för brottgränslaster. Med detta som utgångspunkt kan sedan kapaciteten 

för de mera extrema belastningarna från en explosion utvärderas. 

Den armering som momenten i fasaden medför ligger också på normal nivå.


BYGGTEKNIK 


RAPPORT 

4.1.2 Resultat (egenfrekvens) 










Datum / Date 


21(38) 



2012-05-10 

Lägsta egenfrekvens i taket vid antaganden om "tungt" tak, f = 1.52 Hz. 

Lägsta egenfrekvens i taket vid antaganden om "lätt" tak, f = 2.80 Hz. 

Rev. 



BYGGTEKNIK 

Kommentar: 


RAPPORT 










Datum / Date 


22(38) 



2012-05-10 

Beroende på om man väljer en "lätt" eller en "tung" takkonstruktion så får man 

ganska olika dynamiska egenskaper. Man kan dock notera att oavsett vilket 

utförande man väljer så blir svängningstiden, T, lång relativt stötvågens 

varaktighet. 

T max = 1 / 1.52 = 0.66 sek, T min = 1 / 2.80 = 0.36 sek. 

Stötvågens varaktighet är maximalt ca 0.036 sek. Återkopplar man till kapitel 

2.2.3 så innebär den relativt korta varaktigheten hos stötvågen gynnsamma 

effekter avseende dynamisk respons. 

Rev. 



BYGGTEKNIK 


RAPPORT 






4.2 Resultat av beräkningarna (dynamiska analyser) 

4.2.1 Resultatpunkter i modellen 

Figuren ovan visar numreringen i utvalda element i modellen: 





Datum / Date 


23(38) 



2012-05-10 

Betongytterväggen: Element 100 – 136 numrerat from basen 

Överram fackverk: Element 200 – 210 (200 i centrum) 

Underram fackverk: Element 230 – 240 (230 i centrum) 

Diagonaler fackverk: Element 250 – 260 resp 270 – 280, (250 ytterst 

till vänster och 270 ytterst till höger) 

Rev. 



BYGGTEKNIK 


RAPPORT 






Figuren ovan visar numreringen av utvalda noder i modellen: 





Datum / Date 


24(38) 



2012-05-10 

Betongyttervägg: Nod 11 – 17 (Nod 11 nederst av de visade) 

Takfackverk: Nod 100 – 109 

Rev. 



BYGGTEKNIK 


RAPPORT 






4.2.2 Resultat av analyser för explosionsbelastning 

4.2.2.1 Basmodell: Modell utan explosionsbelastning 





Datum / Date 


25(38) 



2012-05-10 

Figuren nedan visar spänningar i takfackverken av baslast med tungt yttertak. 

Rev. 


Max tryckspänning tryck = ~ –192 MPa och max dragspänning drag = ~185 MPa. 

Figuren nedan visar momenten i ytterväggen sorterade på motsvarande sätt. 

Böjmomenten är maximalt ca 30 kNm/m.


BYGGTEKNIK 


RAPPORT 










26(38) 




Datum / Date 

2012-05-10 

Figuren nedan visar spänningar i takfackverken av baslasten med lätt yttertak. 


Rev. 



BYGGTEKNIK 


RAPPORT 

4.2.2.2 Explosionsbelastning 










Datum / Date 


27(38) 



2012-05-10 

Beräkningar där enbart explosionsbelastningen är verksam på strukturen. 

Gasmoln med tung takkonstruktion 


200 kg TNT med tung takkonstruktion 


Rev. 



BYGGTEKNIK 


RAPPORT 






4.2.2.3 Gasmoln: Modell med tung takkonstruktion 





Datum / Date 


28(38) 



2012-05-10 

Figuren nedan visar spänningar i utvalda element i takfackverket och hur de 

varierar under explosionsförloppet (t = 0.0 – 1.0 sek). 

Figuren nedan visar moment i ytterväggen under motsvarande tidsintervall. 

Rev. 



BYGGTEKNIK 


RAPPORT 










29(38) 




Datum / Date 

2012-05-10 

Figuren nedan visar deformationer i betongfasaden samt takfackverket under 

explosionsförloppet. 

Figuren nedan visar maximala spänningar i takfackverken under hela 

explosionsförloppet. Spänningarna är sorterade så maximalt värde i elementet 

oavsett tidpunkt redovisas. 

Rev. 


Max tryckspänning tryck = ~ –205 MPa och max dragspänning drag = ~195 MPa.


BYGGTEKNIK 


RAPPORT 










30(38) 




Datum / Date 

2012-05-10 


Böjmomenten är maximalt ca 50 kNm/m. 

Rev. 



BYGGTEKNIK 


RAPPORT 






4.2.2.4 Gasmoln: Modell med lätt takkonstruktion 





Datum / Date 


31(38) 



2012-05-10 




Max tryckspänning tryck = ~ –90 MPa och max dragspänning drag = ~ 85 MPa. 



Rev. 



BYGGTEKNIK 


RAPPORT 






4.2.2.5 200 kg TNT: Modell med tung takkonstruktion 





Datum / Date 


32(38) 



2012-05-10 

Figuren nedan visar spänningar i utvalda element i takfackverket och hur de 

varierar under explosionsförloppet (t = 0.0 – 1.0 sek). 

Figuren nedan visar moment i ytterväggen under motsvarande tid: 

Rev. 



BYGGTEKNIK 


RAPPORT 










33(38) 




Datum / Date 

2012-05-10 

Figuren nedan visar deformationer i betongfasaden samt takfackverket under 

explosionsförloppet. 




Rev. 


Max tryckspänning tryck = ~ –265 MPa och max dragspänning drag = ~ 240 MPa.


BYGGTEKNIK 


RAPPORT 










34(38) 




Datum / Date 

2012-05-10 



Rev. 



BYGGTEKNIK 


RAPPORT 






4.2.2.6 200 kg TNT: Modell med lätt takkonstruktion 





Datum / Date 


35(38) 



2012-05-10 




Rev. 


Max tryckspänning tryck = ~ –235 MPa och max dragspänning drag = ~ 180 MPa. 


Böjmomenten är maximalt ca 150 kNm/m.


BYGGTEKNIK 


RAPPORT 






4.3 Kommentarer på analysresultaten 

4.3.1 Byggnadsstommens kapacitet 





Datum / Date 


36(38) 



2012-05-10 

Rev. 


Beräkningarna visar på stora krafter i byggnaden om en explosion inträffar. Detta 

gäller i all synnerhet för fallet med 200 kg TNT. Det bör dock noteras att det inte 

är omöjligt att dimensionera byggnaden för de aktuella krafterna. 

De största trycken (reflektionstryck och kort avstånd) belastar södra fasaden mot 

E20. De maximala trycken här blir knappt 80 kPa (200 kg TNT) med en kort 

varaktighet. Här krävs en betongvägg som utförs så tät som möjligt. Med "tät" 

avses då i detta sammanhang inga fönster och minimalt med dörrar, helst inga 

dörrar alls. 

För övriga tre väggar är den begränsande kapaciteten mera beroende av 

kapaciteten i önskade fönsterpartier snarare än av kapaciteten i betongväggarna. 

Här bör man dock, om möjligt, undvika fönster närmast södra fasaden för att 

maximera avståndet mellan fönster och en eventuell explosion. 

Principer gällande dörrar och fönster kommenteras längre fram i rapporten. Det 

som berör strukturen i detta sammanhang är att själva hålet i strukturen kan 

kräva speciella förstärkningsåtgärder. Dessutom krävs att dörren eller fönstret 

fästs ordentligt till omkringliggande struktur. Det krävs kraftigare karmar än 

standardutförandet. 

Förutom väggarna belastas också taket av stötvågen. När det gäller taket över 

arenarummet så består huvudbärverket av fackverk med relativt stor spännvidd, 

~52 m, och ett antaget centrumavstånd av 6.0 m. Baserat på stötvågens 

varaktighet (kapitel 3.4.1) samt byggnadens dynamiska egenskaper (kapitel 

4.1.2) blir lasteffekten på taket acceptabel. Detta beror till också stor del på att 

endast en del av taket belastas vid varje tidpunkt p g a stötvågens korta 

varaktighet och dess därmed begränsade utbredning. Här finns ett samspel 

mellan strukturen och stötvågens varaktighet. 

Sedan kan man tänka sig två möjliga lösningar när det gäller utformningen av det 

övriga bärverket. 

Antingen så utför man ett relativt tungt tak (typ betongtak) med syftet att 

huvudsakligen motstå explosionslasten. Ett sådant tak kan troligen motstå en 

gasmolnsexplosion (max ~ 5 kPa) men det är mera tveksamt om det klarar en 

explosion av 200 kg TNT (max ~ 36 kPa). Problemet som då kan uppstå är att 

om betongtaket inte motstår stötvågen utan istället delvis kollapsar så är risken 

för personskador från nedfallande betong ganska stor. 

Det andra alternativet är ett lättare tak (typ plåttak). För denna typ av tak kan 

även gasmolnsexplosionen innebära problem när det gäller trycket. Detta är dock 

troligen lösbart. Samtidigt innebär nedfallande plåtar inte samma risk för 

personskador som nedfallande betongdelar. Det lättare taket innebär dessutom 

att den normala belastningen på takfackverken minskar. 

För taket gäller också att man bör säkerställa en redundans i det stabiliserande 

systemet för takfackverken. En situation när betong – eller plåttaket delvis 

kollapsar får inte medföra att takfackverken förlorar sin stagning. Det kan vara


BYGGTEKNIK 

4.3.2 Dörrar 


RAPPORT 










Datum / Date 


37(38) 



2012-05-10 

lämpligt med någon form av horisontalfackverk som extra stagning för detta 

scenario. 

Rev. 


När det gäller taket skall man också notera att belastningen minskar med ökande 

avstånd från E20. Närmast byggnadens norra fasad är belastningen från 

gasmolnsexplosionen lägre än snölasten på taket. 200 kg TNT representerar 

dock även på denna del av taket en ansenlig belastning. 

Det finns dörrar som är avsedda att motstå explosionslaster. Exempel på sådana 

är skyddsrumsdörrar. Erfarenheter från andra projekt visar också att man kan 

förstärka dörrar, t ex branddörrar, för att motstå en stötvågsbelastning. Men tanke 

på hur höga tryck som är aktuella för södra fasaden mot E20 är det dock 

tveksamt om dörrar av typen förstärkt branddörr klarar belastningen. 

En typ av dörrar som klarar de aktuella trycken är skyddsrumsdörrar 

(stötvågsdörrar). Denna typ av dörrar är dock väldigt tunga och olämpliga för 

situationer när man vill öppna och stänga dörren relativt ofta. 

En notering gällande dörrar är att det skiljer mycket i kapacitet beroende på 

vilken sida av dörren som belastas. Om upplagen för dörren enbart består av 

gångjärn och låskista är kapaciteten avsevärt lägre. 

4.3.3 Fönster 

I referens [12] finns en anmärkning att ordinära fönster klarar ca 1.4 kPa 

övertryck innan de krossas. En allmän rekommendation är att fönster bör 

undvikas för byggnader som utsätts för explosioner. 

Det finns dock metoder för att göra fönster mera tåliga mot explosions – 

belastningar. Ett sätt är att klistra på ett fönsterskydd som består av en 

polyesterfolie (www.milsec.se). Denna klistras på glasytan och gör att glaset inte 

splittras vid en stötvågsbelastning. Istället hänger glasytan ihop och person – 

skadorna minskar förhoppningsvis på detta sätt. Problemet med denna 

konstruktion (enligt Milsec) är att den förutsätter att glasets infästning till karmen 

och, i förlängningen, till stommen är tillräckligt stark. Problemet blir då, enligt 

uppgift, inte glasrutan utan infästningen till övrig stomme. 

Med polyesterfolie erhålls egenskaper motsvarande klass ER1 enligt SS-EN 

13541. 

Om man utgår från trycken på byggnaden för att avgöra omfattningen av 

polyesterfolie kan följande noteras. Södra långsidan (väggen närmast E20) utförs 

tät, d v s utan fönster. Östra och västra kortsidan har i varierande omfattning 

fönster. Här kan dock noteras att trycken varierar eftersom avståndet till vägen 

varierar. För gasmolnsexplosionen är variationen från ~ 5.5 kPa ner till < 1.0 kPa 

och för 200 kg TNT från ~40 kPa ner till knappt 10 kPa. Detta innebär att för den 

norra fasaden krävs troligen inga större förstärkningar av glasfasaden om man 

enbart beaktar gasmolnsexplosionen. För fallet med 200 kg TNT krävs 

förstärkningar för alla fönster.


BYGGTEKNIK 


RAPPORT 






5 KORT ALTERNATIV SAMMANFATTNING 





Datum / Date 


38(38) 



2012-05-10 

Baserat på riskanalysen har två möjliga olyckor studerats. Den ena olyckan 

innebär ett gasmoln motsvarande 10 kg gasol och 100 m 3 , den andra innebär 

200 kg TNT. I båda fallen inträffar olyckan ca 30 m från södra fasaden på E20. 

Trycken från gasmolnet är ~ 5.5 kPa (side-on) och 11 kPa (reflekterat på södra 

fasaden). För 200 kg TNT blir motsvarande ~ 40 kPa (s-o) respektive ~ 80 kPa 

(refl). I båda fallen antar trycket med ökande avstånd till < 1 kPa på norra 

fasaden (gasmoln) respektive ~ 8 kPa (TNT). 

Konsekvenser av en olycka: 

Rev. 


Södra fasaden (mot E20) utförs tät, d v s inga fönster och minimalt med dörrar. 

Fasaden kan troligen dimensioneras så den klarar båda olyckorna. Problemet 

ligger i troligen i dörrarna. Stötvågsdörrar (skyddsrumsdörrar) klarar de aktuella 

trycken men är ganska ohanterliga rent praktiskt. Erfarenheter från andra projekt 

visar att man kan förstärka branddörrar för att får bättre egenskaper men denna 

typ av förstärkning är troligen inte tillräcklig för att klara 200 kg TNT. Ett alternativ 

kan vara någon form av sluss som förhindrar att skador uppstår innanför dörren. 

Ett problem i sammanhanget kan vara att verifiera dörrarnas kapacitet men det är 

förhoppningsvis lösbart. 

Östra och västar fasaden (kortsidorna) har fönsterpartier. Dessa fönster förstärks 

med polyesterfilm. Sedan måste man säkerställa att fönstren sitter fast ordentligt i 

karmarna och i förlängningen i byggnadens stomme. Tillgänglig information tyder 

dock på att förstärkta fönster klarar de aktuella trycken. 

För norra fasaden får man göra ett val. En gasmolnsexplosion ger tryck < 1 kPa 

vilket är jämförbart med en vindlast. Detta fall ger alltså inte upphov till speciella 

åtgärder. För fallet 200 kg TNT blir trycket istället ~ 8 kPa vilket i så fall kräver 

förstärkta fönster. Frågan är om det kravet är rimlig med tanke på avståndet till 

E20, där får man göra ett val. 

Slutligen byggnadens tak. Stommen har antagits vara stålfackverk med relativt 

stora spännvidder (~ 52 m). Trycken varierar över ytan beroende på avståndet till 

E20. Dessutom gör stötvågens korta varaktighet att trycket snarare "rullar" över 

taket, hela taket belastas inte samtidigt. Det förutsatta takets dynamik ger också 

en del gynnsamma effekter. 

Effekten av en gasmolnsexplosion är troligen hanterbar. Det kräver ett kraftigare 

tak än normalt men inte något extremt. När det gäller TNT blir konsekvenserna 

större. Det är svårare att konstruera ett tak som motstår det relativt höga trycken, 

även ett betongtak kan få problem med de stora spännvidderna. Om man istället 

då tänker sig ett lättare tak (typ plåttak). Då kan man troligen konstruera på ett 

sådant sätt att man minimerar risken för att plåten skall falla ner och skada 

personer som vistas i arenan. När det gäller taket krävs dock djupare utredningar 

kring vad som är mest effektivt. 

Det bör noteras att rapporten översiktligt studerat ett stomalternativ. Syftet var att 

studera om projektet kan anses som genomförbart eller ej Det finns naturligtvis 

andra alternativ till stomval. Förslagsvis går man nu vidare och studerar fler 

alternativ där rapporten utgör en källa till kunskap. Första frågan är väl dock om 

projektet skall genomföras eller ej.

Riskanalys bilaga - Partille kommun

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?