Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
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Brandschutztechnische Tragwerksanalyse von Gebäuden in Stahlbauweise unter Berücksichtigung der realistischen Brandentwicklung
Die brandschutztechnischen Bemessungsregeln basieren i. d. R. aus Ergebnissen von Brandversuchen nach der Einheitstemperaturzeitkurve an Einzelbauteilen. Diese pauschalisierende Bemessungsgrundlage führt in vielen Fällen zu Überbemessungen. Durch die realistische Berücksichtigung der Brandentwicklung sowie von Umlagerungsmöglichkeiten in Gesamttragsystemen gelingt eine wirtschaftliche und risikogerechte Brandschutz-Bemessung von Stahlkonstruktionen. Die durchgeführten numerischen Simulationen zeigen, dass Stahlträger brandschutztechnisch ungeschützt ausgeführt werden können, auch wenn sie auf über 800 Grad C erwärmt werden. Voraussetzung hierfür ist, dass eine Lastumlagerung von brandbeanspruchten zu nicht brandbeanspruchten Trägern über die Biege- bzw. Membrantragwirkung der Deckenplatte erfolgen kann. Die Fähigkeit eines Trägers, Lasten von sich der Last entziehenden Trägern zu übernehmen, ist nur dann gewährleistet, wenn der lastübernehmende Träger nicht seinerseits erwärmt wird und durch Abfall seiner Steifigkeit immer weniger Lasten aufnehmen kann. Folglich muss der lastübernehmende Träger entweder außerhalb des Brandraums liegen, was eine lokale Begrenzung des Brandes voraussetzt, oder er muss durch Brandschutzmaßnahmen wie Bekleidungen oder dämmschichtbildende Anstriche vor übermäßiger Erwärmung geschützt werden. Ungeschützt ausgeführte Stahlbauteile erwärmen sich im natürlichen Brand in der Regel im Vergleich zur ETK-Beflammung nur mit geringer Verzögerung auf kritische Temperaturen, die Verzögerung der Erwärmung liegt in den meisten Fällen im Bereich von wenigen Minuten. Der Vorteil der Betrachtung einer realistischen Brandentwicklung ergibt sich für ungeschützte Stahlbauteile daher auch aus der Berücksichtigung einer sukzessiv erfolgenden Brandausbreitung von Bürozelle zu Bürozelle und der Abkehr vom Szenario eines in der gesamten Nutzungseinheit wirkenden Vollbrandes. Durch Ausnutzung von Lastumlagerungsmöglichkeiten und ungeschützte Ausführung von Stahl- Nebenträgern lassen sich bis zu 30 % der nach der üblichen Bemessung erforderlichen Bekleidungen einsparen. Ein weiterer Vorteil der Betrachtung der realistischen Brandentwicklung liegt in der zeitlichen Begrenzung des Brandes, der abklingt, wenn der Großteil der Brandlasten (ca. 70%) aufgezehrt ist. Diese Abklingphase setzt bei Bränden in Bürogebäuden mit einer üblichen Brandbelastung etwa nach 30-45 Minuten ein. In diesem Zeitraum ist auch ein Eingriff der Feuerwehr zu erwarten, so dass die Maximaltemperatur im realen Brand spätestens nach ca. 45 Minuten erreicht wird.
Brandschutztechnische Tragwerksanalyse von Gebäuden in Stahlbauweise unter Berücksichtigung der realistischen Brandentwicklung
Die brandschutztechnischen Bemessungsregeln basieren i. d. R. aus Ergebnissen von Brandversuchen nach der Einheitstemperaturzeitkurve an Einzelbauteilen. Diese pauschalisierende Bemessungsgrundlage führt in vielen Fällen zu Überbemessungen. Durch die realistische Berücksichtigung der Brandentwicklung sowie von Umlagerungsmöglichkeiten in Gesamttragsystemen gelingt eine wirtschaftliche und risikogerechte Brandschutz-Bemessung von Stahlkonstruktionen. Die durchgeführten numerischen Simulationen zeigen, dass Stahlträger brandschutztechnisch ungeschützt ausgeführt werden können, auch wenn sie auf über 800 Grad C erwärmt werden. Voraussetzung hierfür ist, dass eine Lastumlagerung von brandbeanspruchten zu nicht brandbeanspruchten Trägern über die Biege- bzw. Membrantragwirkung der Deckenplatte erfolgen kann. Die Fähigkeit eines Trägers, Lasten von sich der Last entziehenden Trägern zu übernehmen, ist nur dann gewährleistet, wenn der lastübernehmende Träger nicht seinerseits erwärmt wird und durch Abfall seiner Steifigkeit immer weniger Lasten aufnehmen kann. Folglich muss der lastübernehmende Träger entweder außerhalb des Brandraums liegen, was eine lokale Begrenzung des Brandes voraussetzt, oder er muss durch Brandschutzmaßnahmen wie Bekleidungen oder dämmschichtbildende Anstriche vor übermäßiger Erwärmung geschützt werden. Ungeschützt ausgeführte Stahlbauteile erwärmen sich im natürlichen Brand in der Regel im Vergleich zur ETK-Beflammung nur mit geringer Verzögerung auf kritische Temperaturen, die Verzögerung der Erwärmung liegt in den meisten Fällen im Bereich von wenigen Minuten. Der Vorteil der Betrachtung einer realistischen Brandentwicklung ergibt sich für ungeschützte Stahlbauteile daher auch aus der Berücksichtigung einer sukzessiv erfolgenden Brandausbreitung von Bürozelle zu Bürozelle und der Abkehr vom Szenario eines in der gesamten Nutzungseinheit wirkenden Vollbrandes. Durch Ausnutzung von Lastumlagerungsmöglichkeiten und ungeschützte Ausführung von Stahl- Nebenträgern lassen sich bis zu 30 % der nach der üblichen Bemessung erforderlichen Bekleidungen einsparen. Ein weiterer Vorteil der Betrachtung der realistischen Brandentwicklung liegt in der zeitlichen Begrenzung des Brandes, der abklingt, wenn der Großteil der Brandlasten (ca. 70%) aufgezehrt ist. Diese Abklingphase setzt bei Bränden in Bürogebäuden mit einer üblichen Brandbelastung etwa nach 30-45 Minuten ein. In diesem Zeitraum ist auch ein Eingriff der Feuerwehr zu erwarten, so dass die Maximaltemperatur im realen Brand spätestens nach ca. 45 Minuten erreicht wird.
Brandschutztechnische Tragwerksanalyse von Gebäuden in Stahlbauweise unter Berücksichtigung der realistischen Brandentwicklung
Fire safety design of buildings in steel construction by considering the realistic fire development
Zehfuß, J. (Autor:in)
2006
13 Seiten, 9 Bilder, 8 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
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