To achieve sufficient stability of a structure in a fire scenario, a thorough design of joints in wooden structures are as important as the design of the construction itself. As an earlier study points out, there are no existing design method available to determine the load capacity of an axially loaded screw joint in wooden structures, which complicate the process of a thorough design of the joint in a fire scenario.This research has been made with the aim to establish a sufficient design approach in terms of the most effective mounting of the screw inside a wooden joint with respect to load capacity in a fire scenario. A numerical model has been created in TASEF to evaluate if this type of model can predict the temperatures inside a joint, and further be applicable in the design phase of the joints regarding to the load capacity´s temperature dependency.The objective of this research has been the study of three different types of screw joints exposed to axial load, with two different screw lengths. Laboratory work has been made, where four reference tests were performed to gain reference load capacities to later be compared with the load capacities of twelve fire tests. The fire tests were conducted with fire exposure of 30 and 60 min, where the load capacity and the temperatures inside the joint where measured. Temperature models were created in TASEF to represent each fire test, where the temperatures inside the joints where calculated and evaluated.The results showed that the most effective screw mounting with respect to remaining load capacity after fire exposure was case 3, where a protective dowel was added to the countersunk screw. This type of mounting had the greatest remaining fastening length because the charring did not affect this length in the same extent as for the other two cases. The longer screw had a percentual higher remaining load capacity than the shorter screw. This can also be described by the relationship between the fastening length and the load capacity.In specific points, the numerical model did not correspond to the measured temperatures. One explanation for this scenario can be the fact that the material properties of the screw used in the fire tests were not equal to the properties used in TASEF. This may have affected the conductive heat flux through the joint, leaving different temperatures in the two measuring points. However, a good correlation between the charring of the test specimens and the temperature distribution achieved from the numerical model in TASEF exists and this implies that this model can be used for predicting the general temperature distribution inside a fire exposed joint. / För att uppnå tillräcklig stabilitet i en brandutsatt träkonstruktion är en noggrann design av förbanden lika viktig som designen av konstruktionselementen i sig själva. En tidigare studie har belyst att det idag inte finns någon tillgänglig designmetod för att bestämma lastkapaciteten av ett brandexponerat axiellt belastat skruvförband i träkonstruktioner, vilket komplicerar processen för en noggrann design av förbandets kapacitet i brandfallet.Denna studie har gjorts med målet att etablera ett designscenario där den mest effektiva monteringen av skruven presenteras med hänsyn till lastkapacitet i brandfallet. En numerisk beräkningsmodell har skapats i TASEF för att utvärdera om denna modell kan förutsäga temperaturerna inuti ett brandutsatt träförband och huruvida denna modell vidare kan vara tillämpbar i designen dessa förband med hänsyn till lastkapacitetens temperaturberoende.Tre olika typer av skruvförband utsatta för axiell belastning har studerats inom ramen för detta arbete, där också två skruvlängder har studerats. Experimentella laborationsförsök har genomförts där fyra prover utfördes i normala temperaturer för att erhålla referensvärden för att senare kunna jämföras med lastkapaciteten för tolv efterföljande brandprover. Brandförsöken utfördes med brandexponering under 30 och 60 minuter, där lastkapaciteten och temperaturerna inuti förbandet mättes. Temperaturmodeller skapades i TASEF för att representera varje brandprov, där temperaturerna inuti förbandet beräknades och utvärderades.Resultaten visar att den mest effektiva skruvmonteringen med avseende på kvarvarande lastkapacitet efter brandexponering var fall 3, där en skyddande träplugg sattes på det försänkta skruvhuvudet. Denna typ av montering hade störst kvarvarande infästningslängd eftersom förkolningen inte påverkade denna längd i samma utsträckning som för de andra två fallen. Den längre skruven hade en procentuellt högre kvarvarande lastkapacitet än den kortare skruven. Detta kan också beskrivas av förhållandet mellan fästlängden och kapaciteten.I vissa punkter motsvarade den numeriska modellen inte de uppmätta temperaturerna. En förklaring till denna avvikelse kan vara det faktum att materialegenskaperna som använts i brandproverna inte var lika med de egenskaper som använts i TASEF. Detta kan ha påverkat konduktiviteten i förbandet och genererat olika temperaturer i de två mätpunkterna. Det finns dock en tydlig korrelation mellan förkolningen av provkropparna och den temperaturfördelning som uppnåtts från den numeriska modellen i TASEF, och detta innebär att denna modell kan användas för att förutspå den generella temperaturfördelningen inuti ett brandexponerat förband.

Four furnace tests have been performed using two different parametric fire curves and the results are compared with computer simulations and Eurocode calculations. What differentiates the parametric fire curve from other fire curves is in particular the cooling phase, something that has proven to be hard to model for timber structures.   A literature study and computer simulations were followed by experimental work performed at SP Wood Building Technology in Stockholm. The computer simulations were performed using the computer code TASEF. The predictions from TASEF were compared with measurements from the fire tests to evaluate how well the program can predict temperature distribution using a parametric fire curve.   The four fire tests were executed at SP Wood Building Technology, glued laminated timber beams were used in all tests. When preparing the test specimens thermocouples were installed to measure temperature distribution, the thermocouples were installed in drilled holes. A deviation study regarding these drill-holes was performed as a part of the preparations. The temperature distributions measured during the tests were compared with the temperature distribution predicted by TASEF.   Charring rate and charring depth were obtained from the fire tests, from the TASEF simulations but also by using equations given in the Eurocode. Since TASEF simulates temperature distribution and not charring depth, the 300 °C isotherm was assumed to represent the charring depth. The results from all three methods were compared and evaluated.   The agreement between experiments and TASEF predictions regarding temperature distribution and charring depth were in general very good. Parametric fire curves with opening factors of 0.02 m1/2 and 0.04 m1/2 were used in four fire tests. TASEF performed more accurate predictions regarding the temperature distribution for the small opening factor but looking at the charring depth the predictions were better for the bigger opening factor. It is recommended to perform further studies and find out the reason for this behaviour.   Comparing the charring depths measured at the tests with values calculated using Eurocode 5 there were some differences in charring depths. Charring depths for the horizontal direction of the beams were much alike, but when comparing the charring depths for the vertical direction there is a significant difference. The equations regarding charring depth for wood exposed to parametric fire curves in Eurocode 5 underestimate the charring depth. It is recommended to evaluate these equations further.   For one of the timber beams delamination occurred, this has previously been assumed not to occur to glued laminated beams. More studies should be performed regarding delamination of glued laminated beams exposed to fire. / Fyra brandtester i en brandprovningsugn har genomförts med två olika parametriska brandkurvor och resultatet har jämförts med datorsimuleringar och Eurocode-beräkningar. Det som särskiljer parametriska brandkurvor från andra brandkurvor är nedkylningsfasen, något som har visat sig svårt att modellera för träkonstruktioner.   Litteraturstudier och datorsimuleringar följdes av experimentellt arbete som utfördes vid SP Träbyggande och Boende i Stockholm. Datorsimuleringarna har utförts med datorkoden TASEF. Simuleringsresultat från TASEF jämfördes med mätningar från brandtesterna för att utvärdera hur bra TASEF kan förutse temperaturdistributionen då en parametrisk brandkurva används.   De fyra brandtesterna förbereddes och utfördes på SP Träbyggande och Boende, limträbalkar användes i samtliga tester. När testbalkarna förbereddes inför brandtesterna installerades termoelement för att mäta temperaturdistributionen. Termoelementen installerades i borrhål. Som en del av förberedelserna gjordes en avvikelsestudie för dessa borrhål. Temperaturdistributionen som uppmättes under testerna jämfördes med temperaturdistributionen från TASEF-simuleringar.   Från brandtester, TASEF-simuleringar och från ekvationer i Eurocode erhölls förkolningshastighet och förkolningsdjup. Eftersom TASEF simulerar temperaturer och inte förkolningsdjup användes 300 °C isotermen som då antogs representera förkolningsdjupet. Resultatet från alla tre metoder jämfördes och utvärderades.   Generellt stämde temperaturdistributionen och förkolningsdjupen från TASEF-simuleringarna väldigt bra överens med de experimentella resultaten. Under testerna användes parametriska brandkurvor med öppningsfaktorer av 0.02 m1/2 och 0.04 m1/2. TASEF simulerade mer noggranna resultat gällande temperaturdistributionen för kurvan med den lägre öppningsfaktorn medan simuleringar för kurvan med den högre öppningsfaktorn gav bättre resultat för förkolningsdjupet. Det rekommenderas att göra fler studier för att ta reda på anledningen till detta beteende.   Genom att jämföra förkolningsdjup som uppmättes efter brandtesterna med beräknade värden från Eurocode förekom vissa skillnader. Förkolningsdjup för bredden av balkarna var likartade, medan förkolningsdjupet för höjden av balkarna hade en signifikant skillnad. Ekvationerna i Eurocode underskattade förkolningsdjupet, det rekommenderas därför att utvärdera dessa ekvationer ytterligare.   För en av limträbalkarna inträffade delaminering, detta har tidigare antagits vara osannolikt för limträbalkar. Fler studier borde utföras angående delaminering av limträbalkar exponerade för parametriska brandkurvor.

A common way to construct large buildings is by assemble prefabricated modules around a load bearing steel construction. However, if a fire occurs these buildings can be subject to a rapid fire spread due to its cellular nature. By assembling modules side-by-side, gaps are created between the modules and these cavities must remain devoid of combustible material and remain air tight, even during fire. This to avoid that the air flow causes the cavities to work as “highways” for the fire spread which can lead to devastating damages. A Swedish example of a fire in a modular building is a residential building at Klintbacken, Luleå with a timber framed structure, which was constructed from prefabricated modules. The fire originated in a kitchen and spread through the cavities to several modular compartments and caused devastating damages on the construction. When buildings are constructed using a steel structure, high temperatures which occurs during a fire can cause the steel to lose its strength and stiffness. In some cases, unprotected steel members can resist fires without collapse, however to fulfil the fire resistance requirements the members do often need protection. To examine a steel structure in a modular building when exposed to fire, a fire test and temperature calculations have been performed and are presented in this thesis. The thesis is conducted in collaboration with Isolamin Sweden AB Part Group and consists of a fire test, theoretical calculations and a computer simulation using the finite element method. The aim of the thesis is to examine to what extent a steel column in a modular building is affected by a fire and to investigate the temperature distribution in the steel. For the fire test, a specimen consisted of a steel column and sandwich panels was created. The sandwich panels were assembled so that they created a cavity into where the steel column was placed. Temperature measuring devices such as thermocouples and a plate thermometer were placed on the specimen and a fire resistance furnace was used to simulate a fire. The fire test was performed for one hour and the fire corresponded to the ISO-834 fire curve. Furthermore, temperature calculations for the steel beam were made and five different models in the finite element code TASEF was created and simulated. The temperature curves used were the fire test time-temperature curve, the ISO 834-curve which represents a simplified fire, and the parametric fire curve with gamma value of 20. Three models were created where the steel beam was placed in contact to the mineral wool. Two models were created where a material with the properties of air was placed between the steel beam and the mineral wool. In the fire test the steel beam achieved a temperature of 41 °C. The most accurate simulation in TASEF was when simulating with the fire test time-temperature curve and the temperature achieved was 41°C. The theoretical calculated steel temperature achieved 36°C. The critical temperature for the steel column was calculated to 506 °C, which was not nearly achieved in the fire test, the theoretical calculations or in the computer simulations. Errors can occur in the result depending on the material properties which not correspond in the TASEF simulation and the fire test. Likewise, the theoretical calculations are based on constant parameters which in reality may vary with time and temperature. The differences are not negligible but can be assumed to not impact significantly on the result and therefore give a trustworthy result. / Ett vanligt sätt att konstruera stora byggnader är att montera ihop prefabricerade moduler runt en bärande stålkonstruktion. Om en brand uppstår kan dessa byggnader dock bidra till en snabb brandspridning på grund av denna struktur. När modulerna monteras sida vid sida bildas hålrum mellan modulerna och det är då viktigt att dessa hålrum hålls fria från brännbart material och är lufttäta, även under brand. Detta för att undvika att luftflödet i hålrummen fungerar som ”motorvägar” för brandspridningen vilket kan leda till förödande konsekvenser. Ett svenskt exempel på en brand i en modulbyggnad är studentboendet på Klintbacken, Luleå, där byggnaden vad konstruerad med prefabricerade moduler och en stomme av trä. Branden startade i ett kök och spred sig via hålrummen till flera andra lägenheter och orsakade stora skador på konstruktionen. När byggnader konstrueras med en stålstomme kan höga temperaturer, som uppkommer vid brand, orsaka förlorad hållfasthet och styvhet hos stålet. I vissa fall kan oskyddat stål stå emot brand utan att kollapsa, men för att uppfylla kraven för hållfasthet vid brand måste stålet ofta skyddas. För att undersöka hur en stålkonstruktion i en modulbyggnad beter sig vid brand har ett brandtest och olika beräkningar genomförts och presenteras i den här rapporten. Arbetet utfördes i samarbete med Isolamin Sweden AB Part Group och består av ett brandtest, teoretiska beräkningar och en datasimulering med finita elementmetoden. Syftet med arbetet är att undersöka hur en stålbalk i en modulbyggnad påverkas av brand och vilken temperaturfördelning som uppstår i balken. En provkropp bestående av en stålbalk och sandwichpaneler monterades ihop till brandtestet. Sandwichpanelerna monterades så att ett hålrum bildades varpå stålbalken placerades där. Temperaturmätningsinstrument, så som termoelement och plattermoelement monterades på provkroppen och en brandugn användes för att simulera en brand. Brandtestet pågick i 60 minuter och branden motsvarande ISO 834-kurvan. Därefter genomfördes temperaturberäkningar för stålbalken där fem olika modeller skapades i den finita elementkoden TASEF. Temperaturkurvorna som användes i TASEF var temperaturkurvan uppmätt i brandtestet, ISO 834-kurvan som motsvarar en förenklad brand, och den parametriska brandkurvan med ett gammavärde på 20. Tre modeller skapades där stålbalken placerades i kontakt med mineralullen. Två modeller skapades där ett material med samma materialegenskaper som luft placerades mellan stålet och mineralullen. I brandtestet når stålbalken en temperatur på 41°C. Simuleringen i TASEF med tid-temperaturkurvan från brandtestet visade också en ståltemperatur på 41°C, vilket är den simuleringen som stämmer bäst överens med brandtestet. Den teoretiskt beräknade ståltemperaturen når en temperatur på 36°C. Den kritiska temperaturen för stålbalken beräknades till 506°C, vilket inte uppnåddes varken under brandtestet, de teoretiska beräkningarna eller simuleringar i TASEF. Felmarginaler kan uppstå i resultatet beroende på att materialegenskaperna skiljer sig i TASEF och i brandtestet. Likväl baseras de teoretiska beräkningarna på konstanta parametrar som i verkligheten kan variera med tid och temperatur. Skillnaderna kan inte försummas men kan antas ha sådan liten inverkan på resultatet att resultatet i sig kan betraktas trovärdigt.

Mastic asphalt is a material which in Sweden mainly is used as coating for bridges, parking decks, courtyards and terraces. Mastic asphalt is a material built-up by a combination of bitumen (a type of binder), well-graded aggregate (consists of both coarse and fine ballast), filler, sand and sometimes also fine graded macadam. Mastic asphalt is described as a material which in Sweden have potential to expand further.  At the same time, it is becoming increasingly popular to construct buildings with solid timber frames. In 2019, the Swedish market for forestry and algaculture was analyzed, after which cross-laminated timber proved to be the construction-material that increases most in popularity. In constructions, mastic asphalt and timber may be combined. In Växjö Sweden for example, a parking deck called Limnologen is constructed with both timber frames and mastic asphalt as pavement. Another example were mastic asphalt and timber have been combined is an enormous car park built in Studen, Switzerland, which have 2142 parking lots. The aim of this master thesis was to develop a temperature-dependent thermal conductivity (for mastic asphalt BPGJA-11) which resulted in temperature development curves that correlated well with the results presented in Ellinor Sanned’s bachelor thesis “Insulation of timber with concrete and cast asphalt”. Sanned performed laboratory work were two different samples of mastic asphalt was tested in a cone calorimeter. The cone calorimeter was set to 51 kW/m2 and Sanned measured the temperature development beneath the mastic asphalt. The thermal conductivities for mastic asphalt were, in this master thesis, developed by using inverse calculation in the finite element program TASEF (Temperature Analysis in Structures Exposed to Fire). To form a reliable setup in TASEF, a sensitivity analysis was initially conducted. Information regarding thermal properties of mastic asphalt at elevated temperatures was in general considered challenging to find. Due to this, assumptions of the parameters set in TASEF had to be made. The thermal conductivities were developed at 0 ℃, 300 ℃ and 660 ℃. The results indicates that the thermal conductivity of the mastic asphalt (BPGJA-11) tested by Sanned decreases between 0 ℃ and 300 ℃, and then more or less stabilizes.  The presented thermal conductivities should however be used with great caution. The reason for this is due to uncertainties in the experimental cone calorimeter results, uncertainties within the setup in TASEF as well as within the specific method used. In particular the application on materials which both melts and boils (such as mastic asphalt) should be made with great care. To increase the reliability of the results, more research and laboratory work should therefore be performed within the area.  The method used within this master thesis (inverse calculation using TASEF) is simple and cost effective when determining the thermal conductivity. / Mastic asphalt (som i denna sammanfattning benämns som gjutasfalt) är ett material som i Sverige huvudsakligen används som beläggning för broar, parkeringshus, gårdsplaner och terrasser. Gjutasfalt är ett material som är byggt upp av en kombination av bitumen (en typ av bindemedel), välgraderat stenmaterial (består av både grov och fin ballast), filler, sand och ibland även finmakadam. Gjutasfalt beskrivs som ett material som i Sverige har stor potential att expandera.  Samtidigt blir det alltmer populärt att konstruera byggnader med solida träkonstruktioner. År 2019 analyserades den svenska marknaden för skog och lantbruk, varpå kors-laminerat trä visade sig vara det konstruktionsmaterial som ökar mest i popularitet.  I konstruktioner kan gjutasfalt och trä kombineras. Parkeringshuset Limnologen i Växjö Sverige är ett exempel på en träkonstruktion som kombinerats med gjutasfalt som beläggning. Ett annat exempel är ett enormt parkeringshus i Studen, Schweiz, som har 2142 parkeringsplatser.  Målet med denna masteruppsats var att bestämma den temperaturberoende termiska konduktiviteten (för gjutasfalt BPGJA-11) vilken resulterar i en temperaturutvecklingskurva som korrelerar väl med resultaten presenterade i Ellinor Sanneds examensarbete ”Isolering av trä med betong och gjutasfalt”. Sanned genomförde en laboration där två olika prov av gjutasfalt testades i en konkalorimeter. Konkalorimetern var inställd på 51 kW/m2 och Sanned uppmätte temperaturutvecklingen på undersidan av gjutasfalten.  De termiska konduktiviteterna för gjutasfalt i denna masteruppsats arbetades fram genom ”inversberäkning” i det finita elementprogrammet TASEF (Temperature Analysis in Structures Exposed To Fire). För att bilda en tillförlitlig uppsättning i TASEF, genomfördes inledningsvis en känslighetsanalys. Information gällande termiska egenskaper av gjutasfalt vid förhöjda temperaturer var generellt sätt svåra att finna. För parametrarna som användes i TASEF gjordes därför antaganden.  De termiska konduktiviteterna arbetades fram vid 0 ℃, 300 ℃ and 660 ℃. Resultaten indikerar att den termiska konduktiviteten för den gjutasfalt (BPGJA-11) som testades av Sanned minskar mellan 0 ℃ och 300 ℃, för att därefter mer eller mindre stabiliseras. De termiska konduktiviteterna som har presenteras bör dock användas med stor försiktighet. Anledningen till detta beror på osäkerhet för de resultat som presenterades av Sanned, osäkerheter för uppsättningen i TASEF samt för den specifika metod som används. Speciellt anbefalles försiktighet med att använda metoden för material som både smälter och kokar (såsom gjutasfalt). För att öka resultatens tillförlitlighet bör därför mer forskning och laboratoriearbete utföras inom området. Metoden som har använts inom denna masteruppsats (inversberäkning med TASEF) är enkel och kostnadseffektiv för att bestämma den termiska konduktiviteten.

The global use of energy increases every day and to meet the growing demand, energy sources are constantly being developed to become more efficient and reliable. During the last decade, the global solar photovoltaics (PV) capacity has increased every year and in 2017, solar PV was the global leading power source of renewable energy. However, hazards and risks regarding fire have been connected to the installation and use of solar PV systems. An Italian study showed an increase of fires in solar PV systems following the increase of installed PV systems. A German report estimated that integrated solar PV systems have 20 times higher fire risk than non-integrated systems. The fire risks of solar PV systems are related to their electrical components, the fact that they produce power as long as a light source is shining and the changed fire dynamic of e.g. roofs when systems are installed. To reduce risks and create standards, several countries have legislated and published recommendations of installation and maintenance of solar PV systems. However, the regulations and recommendations vary greatly between countries and a comparison has therefore been performed in this thesis with the purpose of identifying differences. Legislation and other recommendations from four countries as well as European guidelines have been investigated and compared to see how solar PV systems are regulated. The difference between non-integrated and integrated solar PV systems has been examined as well as the fire risks connected to each system. Furthermore, the impact of solar PV systems during a fire rescue operation have been investigated. Finally, computer simulations have been performed to see what temperatures can be expected at the presence of a solar PV system at a façade.  The result shows a great difference in the level of details in the regulations and recommendations. Some countries have more general requirements while others are very specific in distances between PV systems and fire walls etc. The only requirement found in every countries’ regulations or guidelines is of informative signage. The requirements regarding placement of solar PV systems is also similar between the countries. Such requirements can refer to clear pathways between panels for fire fighter access and distances between modules and smoke/heat exhaust ventilation. The regulations and recommendations found are mostly for non-integrated solar PV system wherefore a suggested further work is to investigate the need for specific regulations regarding integrated systems. Another conclusion is that reports regarding integrated systems are rather common but very few experiments have been performed. A commonly mentioned aspect of fire investigations regarding PV systems is the need for professional planning and installation of the systems. Since the development of solar PV systems is highly increasing, investigations have found that low-quality components and installation faults have led to fires.  The computer simulations were performed using the computer code TASEF with a model representing a wall structure of an integrated PV-system. Two different fire scenarios were investigated where the first scenario represented fire exposure on the solar panel and the other scenario fire exposure within the void (created between the PV and insulation of the wall). The design fires used were the ISO 834-curve and a constant temperature of 800 °C.  The temperatures received in the computer simulation did not vary much between different design fires or the simulated fire scenarios. The highest temperatures were measured in the cavity of the model (between the timber studs and the insulation) and reached between 792 and 937 °C after 60 minutes.  The conclusions of this thesis indicate that the legislation of safety regarding solar PV system is not developing as rapidly as the development of the systems themselves. The difference and specific risks regarding non integrated and integrated PV systems also need to be further investigated, as the current state of the literature is largely unexplored. / Den globala energianvändningen ökar varje dag och för att möta den växande efterfrågan utvecklas ständigt energikällor för att bli mer effektiva och pålitliga. Under det senaste decenniet har den globala solenergikapaciteten ökat varje år och 2017 var solenergi den globalt ledande kraftkällan för förnybar energi. Brandrisker har dock visats sig ha en koppling till installation och användning av solceller. En italiensk studie visade en ökning av bränder i solcellsanläggningar samtidigt som det ökade antalet installerade solcellsanläggningar. En tysk rapport uppskattade att integrerade solpaneler har 20 gånger högre brandrisk än icke-integrerade system. Brandriskerna för solcellsanläggningar är relaterade till deras elektriska komponenter, det faktum att de producerar ström så länge som en ljuskälla lyser och den förändrade branddynamiken hos t.ex. tak när solpaneler installeras. För att minska riskerna och skapa standarder har flera länder lagstiftat och publicerat rekommendationer om installation och underhåll av solceller. Reglerna och rekommendationerna varierar dock mycket mellan länder och en jämförelse har därför gjorts i denna avhandling med syftet att identifiera skillnader. Lagstiftning och andra rekommendationer från fyra länder samt europeiska riktlinjer har undersökts och jämförts för att se hur solcellsanläggningar regleras. Skillnaden mellan icke-integrerade och integrerade solpaneler har granskats såväl som brandriskerna för varje system. Dessutom har effekterna av solcellsanläggningar under en räddningstjänstsinsats undersökts. Slutligen har datorsimuleringar genomförts för att se vilka temperaturer som kan förväntas. Resultatet visar en stor skillnad i nivån på detaljer i regler och rekommendationer. Vissa länder har mer allmänna krav medan andra är mycket specifika i t.ex. avstånd mellan solpaneler och brandväggar/brandcellsgränser. Det enda krav som finns i varje lands regelverk eller riktlinjer är krav på informativ skyltning. Kraven på placering av solcellsanläggningar är också relativt lika mellan länderna. Sådana krav kan vara fri passage mellan paneler och avstånd mellan moduler och rök-/värmeutloppsventilation. De föreskrifter och rekommendationer som hittats är mestadels för icke-integrerat PV-system, varför ett föreslaget ytterligare arbete är att undersöka behovet av specifika regler för integrerade system. En annan slutsats är att rapporter om integrerade system är ganska vanliga men att få experiment har utförts. En vanligtvis nämnd aspekt i brandundersökningar avseende PV-system är behovet av professionell planering och installation av systemen. Undersökningar har funnit att komponenter av låg kvalitet och installationsfel har lett till bränder. Datorsimuleringarna utfördes med hjälp av TASEF med en modell motsvarande en väggkonstruktion med en integrerad solpanel.  Två olika brandscenarion undersöktes, ett scenario där modellen utsätts för utvändig brand och ett scenario där branden placerades inuti hålrummet mellan solpanelen och isoleringen. Brandkurvorna som användes var ISO 834-kurvan och en konstant temperatur på 800 °C. Temperaturerna från simuleringarna varierade inte så mycket mellan de olika brandkurvorna eller scenarierna. De högsta temperaturerna mättes i hålrummet i modellen (mellan träreglarna och isoleringen) och nådde mellan 792 och 937 °C efter 60 minuter.   Slutsatserna från denna avhandling indikerar att lagstiftningen om säkerhet beträffande solcellssystem inte utvecklas lika snabbt som utvecklingen av själva systemen. Skillnaden och specifika risker med avseende på icke integrerade och integrerade solcellssystem behöver också undersökas, eftersom det nuvarande läget i litteraturen till stor del är outforskat.

This study describes an approach to determine the thermal conductivity of wood at elevated temperatures. The aim is to be able to use the developed conductivity as input in structural elements in finite element calculations. The conductivity of pine wood and glue laminated timber with different densities and moisture contents have been evaluated where small scale one-dimensional laboratory trials have been carried out in a cone calorimeter. Steel temperatures were measured behind the exposed wood samples. Obtained temperatures from the experimental trials have been compared with back calculated steel temperatures in the finite element program TASEF (Temperature Analysis in Structures Exposed to Fire). In the back calculations the conductivity at 100 °C, 300 °C and 500 °C was altered in order to achieve a best fit steel temperature curve as the measured ones during the experimental trials. At 20 °C the conductivity was taken from the literature. Between these temperature levels the conductivity was assumed to vary linearly. The dehydration of the moisture content in the wood samples have been considered by including it in the specific volumetric enthalpy, i.e. the integral over temperature of the density and specific heat as input in the temperature calculation program TASEF. Regarding the thermal degradation, recommended formulas in Eurocode 5: Design of timber structures – Part 1-2: General – Structural fire design, have been applied. The final back calculated conductivity values of the studied pine wood at specific temperatures (20 °C, 100 °C, 300 °C och 500 °C) were determined by the cone calorimeter test to be as follows; 0.09 W/mK, 0.07 W/mK, 0.05 W/mK and 0.35 W/mK. Comparing with presented conductivity of wood in Eurocode 5 the developed conductivity in this study are generally lower. Derived conductivity values from the back calculations in TASEF have been reconsidered for the glue laminated timber by taken account of differences in density and moisture content. By using a developed conversion factor, so called “conductivity ratio”, new conductivity values could be obtained which then has been used as an input in TASEF. As a result, good similarities between calculated steel temperatures and measured steel temperatures could be seen. The implemented method, consisting of simple one-dimensional laboratory trials for determining the thermal conductivity is deemed to be promising.  However, further studies are needed to be done in order to increase the accuracy of the method.

Four furnace tests have been performed using two different parametric fire curves and the results are compared with computer simulations and Eurocode calculations. What differentiates the parametric fire curve from other fire curves is in particular the cooling phase, something that has proven to be hard to model for timber structures. A literature study and computer simulations were followed by experimental work performed at SP Wood Building Technology in Stockholm. The computer simulations were performed using the computer code TASEF. The predictions from TASEF were compared with measurements from the fire tests to evaluate how well the program can predict temperature distribution using a parametric fire curve. The four fire tests were executed at SP Wood Building Technology, glued laminated timber beams were used in all tests. When preparing the test specimens thermocouples were installed to measure temperature distribution, the thermocouples were installed in drilled holes. A deviation study regarding these drill-holes was performed as a part of the preparations. The temperature distributions measured during the tests were compared with the temperature distribution predicted by TASEF. Charring rate and charring depth were obtained from the fire tests, from the TASEF simulations but also by using equations given in the Eurocode. Since TASEF simulates temperature distribution and not charring depth, the 300 °C isotherm was assumed to represent the charring depth. The results from all three methods were compared and evaluated. The agreement between experiments and TASEF predictions regarding temperature distribution and charring depth were in general very good. Parametric fire curves with opening factors of 0.02 m1/2 and 0.04 m1/2 were used in four fire tests. TASEF performed more accurate predictions regarding the temperature distribution for the small opening factor but looking at the charring depth the predictions were better for the bigger opening factor. It is recommended to perform further studies and find out the reason for this behaviour. Comparing the charring depths measured at the tests with values calculated using Eurocode 5 there were some differences in charring depths. Charring depths for the horizontal direction of the beams were much alike, but when comparing the charring depths for the vertical direction there is a significant difference. The equations regarding charring depth for wood exposed to parametric fire curves in Eurocode 5 underestimate the charring depth. It is recommended to evaluate these equations further. For one of the timber beams delamination occurred, this has previously been assumed not to occur to glued laminated beams. More studies should be performed regarding delamination of glued laminated beams exposed to fire. / Fyra brandtester i en brandprovningsugn har genomförts med två olika parametriska brandkurvor och resultatet har jämförts med datorsimuleringar och Eurocode-beräkningar. Det som särskiljer parametriska brandkurvor från andra brandkurvor är nedkylningsfasen, något som har visat sig svårt att modellera för träkonstruktioner. Litteraturstudier och datorsimuleringar följdes av experimentellt arbete som utfördes vid SP Träbyggande och Boende i Stockholm. Datorsimuleringarna har utförts med datorkoden TASEF. Simuleringsresultat från TASEF jämfördes med mätningar från brandtesterna för att utvärdera hur bra TASEF kan förutse temperaturdistributionen då en parametrisk brandkurva används. De fyra brandtesterna förbereddes och utfördes på SP Träbyggande och Boende, limträbalkar användes i samtliga tester. När testbalkarna förbereddes inför brandtesterna installerades termoelement för att mäta temperaturdistributionen. Termoelementen installerades i borrhål. Som en del av förberedelserna gjordes en avvikelsestudie för dessa borrhål. Temperaturdistributionen som uppmättes under testerna jämfördes med temperaturdistributionen från TASEF-simuleringar. Från brandtester, TASEF-simuleringar och från ekvationer i Eurocode erhölls förkolningshastighet och förkolningsdjup. Eftersom TASEF simulerar temperaturer och inte förkolningsdjup användes 300 °C isotermen som då antogs representera förkolningsdjupet. Resultatet från alla tre metoder jämfördes och utvärderades. Generellt stämde temperaturdistributionen och förkolningsdjupen från TASEF-simuleringarna väldigt bra överens med de experimentella resultaten. Under testerna användes parametriska brandkurvor med öppningsfaktorer av 0.02 m1/2 och 0.04 m1/2. TASEF simulerade mer noggranna resultat gällande temperaturdistributionen för kurvan med den lägre öppningsfaktorn medan simuleringar för kurvan med den högre öppningsfaktorn gav bättre resultat för förkolningsdjupet. Det rekommenderas att göra fler studier för att ta reda på anledningen till detta beteende. Genom att jämföra förkolningsdjup som uppmättes efter brandtesterna med beräknade värden från Eurocode förekom vissa skillnader. Förkolningsdjup för bredden av balkarna var likartade, medan förkolningsdjupet för höjden av balkarna hade en signifikant skillnad. Ekvationerna i Eurocode underskattade förkolningsdjupet, det rekommenderas därför att utvärdera dessa ekvationer ytterligare. För en av limträbalkarna inträffade delaminering, detta har tidigare antagits vara osannolikt för limträbalkar. Fler studier borde utföras angående delaminering av limträbalkar exponerade för parametriska brandkurvor.

Previous to the now acting construction regulations EKS and Eurocode, the fire resistance of the load-bearing structures of mono glazed balconies were designed with a fire test called the SP fire 105. In 2011, when EKS replaced the previous construction regulations called Boverkets konstruktionsregler, BKR, the SP fire 105 was no longer the requirement for mono glazed balconies. Instead, EKS prescribed that the load-bearing structures of mono glazed balconies should be determined by the use of nominal fire exposure or a natural fire model. EKS and Eurocode have previously prescribed that the standard temperature-time curve (ISO 834) was to be used when determining the fire resistance of structural elements according to nominal temperature-time curves. But an agreement made between Balkongföreningen and Boverket in 2011, established that the external temperature-time curve could be used for determination of the fire resistance of the structural elements of mono glazed balconies. The external temperature-time curve means a design temperature of the structural members of approximately 680 °C for a fire-resistance class R30, instead of a temperature of 842 °C for the standard temperature-time curve. In 2019, EKS 11 was introduced with a slight change in the regulation. The new regulation specifically implies that building parts placed within glazed balconies should not be considered as external. Due to the formulation in EKS 11, it is no longer possible to use the external temperature-time curve for verification of the fire resistance of structural elements of mono glazed balconies. The formulation says that building parts placed within glazed balconies should not be considered as external, which means that the standard temperature-time curve must be applied. The present research tries to clarify the more reasonable temperature-time curve of the standard fire curve and the external fire curve, or if neither of the curves is realistic. 16 scenarios were analysed in this study. Using CFD simulations in FDS, the adiabatic surface temperature of the structural parts could be established. The adiabatic surface temperatures were then used as input in the FEM calculation program TASEF to calculate the temperatures of structural elements of a mono glazed balcony during a fire. The results imply that the max temperatures of the steel members of the mono glazed balcony analysed are generally lower than the temperatures of the external temperature-time curve. In a worst-case scenario where the structural member is located just adjacent to the fire source, the max temperature can be higher than the temperature of the standard temperature-time curve. The balcony slab reaches max temperatures between the external temperature-time curve and the standard temperature-time curve. The temperature within the slab is below 500 °C at a depth of 15 mm and according to the 500 °C isotherm method presented in SS-EN 1992-1-2, concrete that has a temperature lower than 500 °C has not been damaged by the fire. Further studies are needed to establish whether the external temperature-time curve or the standard temperature-time curve is to be used when designing the fire resistance of the load-bearing structure of mono glazed balconies. A suggestion for further studies is to conduct fire tests of a fire within a mono glazed balcony. Such results could then be compared to the results of this study and hopefully, lead to conclusions that are needed for a complete establishment of which temperature-time curve that should be used. / Under det tidigare gällande regelverket boverkets konstruktionsregler, BKR, dimensionerades brandmotståndet för den bärande konstruktionen av enkelinglasade balkonger med testmetoden SP fire 105. När BKR ersattes av boverkets föreskrifter och allmänna råd om tillämpning av europeiska konstruktionsstandarder, EKS, tillsammans med Eurokoderna, slutade man att använda SP fire 105 och började istället använda nominella temperatur-/tidförlopp. I tidigare versioner av EKS föreskrevs det att dimensionering enligt klassificering ska utföras med en brandexponering enligt standardtemperatur/-tidkurvan (ISO 834). Men i och med upphörandet av BKR år 2011, genomfördes en överenskommelse mellan Balkongförening och Boverket där man bestämde att den bärande konstruktionen för enkelinglasade balkonger och öppna balkonger skulle få dimensioneras med exponeringskurvan för utvändig brand istället för standardtemperatur-/tidkurvan. Dimensionering enligt exponeringskurvan för utvändig brand resulterar i en dimensionerande temperatur på 680 °C för brandteknisk klass R30, istället för en temperatur på 842 °C vid dimensionering med standardtemperatur-/tidkurvan. Vid införandet av EKS 11 år 2019 skedde en förändring i föreskrifterna gällande branddimensionering av bärande konstruktioner. I EKS 11 framgår det explicit att byggnadsdelar vilka är placerade inom inglasade balkonger inte bör betraktas som utvändiga byggnadsdelar. Detta medför att den bärande konstruktionen för enkelinglasade balkonger inte längre kan dimensioneras enligt exponeringskurvan för utvändig brand, utan måste dimensioneras enligt standardtemperatur-/tidkurvan. Denna studie syftar till att klargöra vilken temperatur som är rimlig att använda vid dimensionering av den bärande konstruktionen för enkelinglasade balkonger. Är den tidigare exponeringskurvan för utvändig brand mer rimlig, eller är föreskriften om att använda standardtemperatur-/tidkurvan motiverad? I studien har 16 scenarion analyserats med hjälp av CFD beräkningar i simuleringsprogrammet FDS, och med hjälp av FEM beräkningar i simuleringsprogrammet TASEF. Med FDS beräknades den adiabatiska yttemperaturen för den bärande konstruktionen, vilken sedan användes som indata i TASEF för att beräkna temperaturen i den bärande konstruktionen. Maxtemperaturen på konstruktionselementen som utgörs av stål uppnår generellt temperaturer som understiger temperaturen för exponeringskurvan vid utvändig brand. I ett ”worst-case” scenario där brandkällan står i direkt anslutning till en stålkonstruktion, kan temperaturer uppnås vilka överstiger temperaturen i standardtemperatur-/tidkurvan. Maxtemperaturen på balkongplattan är högre än temperaturen i exponeringskurvan vid utvändig brand, men lägre än temperaturen i standardtemperatur-/tidkurvan. 15 mm in i balkongplattan understiger temperaturen på betongen 500 °C. Enligt 500 °C isotermmetoden som är publicerad i SS-EN 1992-1-2 innebär detta förenklat att all betong på ett djup överstigande 15 mm har kvar sin fulla bärförmåga. En slutsats är att det krävs vidare studier för att kunna fastställa vilket nominellt temperatur-/tidförlopp som borde användas vid dimensionering av den bärande konstruktionen för enkelinglasade balkonger. Ett förslag på vidare studier är att utföra brandtester på en enkelinglasad balkong, varav resultaten sedan kan jämföras med resultaten i denna studie. Sådana resultat skulle förhoppningsvis möjliggöra ett fastställande av vilket nominellt temperatur-/tidförlopp som bör användas vid dimensionering av den bärande konstruktionen för enkelinglasade balkonger.

Steel is a material commonly used in various constructions such as high-rise buildings, sport arenas, ships etc. Steel is a versatile building material due to its isotropic characteristics, e.g. both high tensile- and compressive strength. This allows steel to be formed into open section profiles which reduces material usage but simultaneously allows the tensile- and compressive stress resistance to be high in directions were loads are applied. Although steel has a high stress resistance its sensitivity to fire is larger than other building materials due to its high thermal conductivity. The strength of the material is reduced at higher temperatures and thereby makes the dimensioning of beams in fire cases vital in fire safety design of structural elements. An aspect to consider when dimensioning open section building elements in steel is the shadow effect. The shadow effect is the result of the open cross-section geometrical shape of beams and columns, e.g. H-profiles. The interior of the profile is screened from thermal radiation caused by fire which makes the characteristics of the thermal exposure different from closed cross-section profiles. A common way to estimate the temperatures of steel after a certain time of fire exposure is to use numerical calculations described in Eurocode. In these calculations the shadow effect is applied as a reduction of the total heat exchange, i.e. both convection and thermal radiation, from the fire exposure. A more realistic approach is to separate these boundary conditions and treat them as independent quantities. Wickström (2001) argues that a void is created within the flanges and that reduction factor thereby only should be applied to the radiative part of the total heat exchange, acting as a reduction of surface emissivity within the profile. This, since the convection is not affected by the shadow effect. Wickströms (2001) suggestion of application has been investigated in this thesis and has showed a better correlation than the approach suggested in Eurocode when compared to experimental tests. Shadow effects calculated on the premises of separated boundary conditions for the total heat exchange has of yet only been investigated in detail with TASEF+-simulations, but these simulations predicts steel temperatures with satisfactory results. It is possible to reproduce a similar setup in the program COMSOL Multiphysics in two-dimensional simulations, and further three-dimensional simulations. This possibility has been investigated in this thesis. COMSOL Multiphysics has proven to be an adequate tool when it comes to simulate fire exposure on slender steel beam with shadow effects considered. Both three- and two-dimensional models produced simulation results correlating well to simulations conducted in TASEF. Additionally, adequate correlations with experimental tests were obtained for COMSOL Multiphysics as well. Further work regarding fire simulations with the utilisation of COMSOL Multiphysics is thereby suggested.