Brandsicherheit durch Stahlsortenwahl: Fid-Bau Portal

Brandsicherheit durch Stahlsortenwahl

Sedlacek, Gerhard / Heinemeyer, Christoph

Ein wichtiger Aspekt bei der Wahl des Werkstoffes für das Tragwerk von Gebäuden ist die Brandsicherheit der Bauteile und die Folgen des Versagens. Untersucht und überprüft wird, ob durch geeignete Werkstoffe, die unter hohen Temperaturen leistungsfähiger als konventionelle Baustähle sind, das Anwendungsfeld unverkleideter Stahlkonstruktionen erweitert werden kann. Die Werkstoffauswahl umfasst sowohl neuentwickelte als auch handelsübliche Stähle, wie unlegierte, niedrig legierte und nicht rostende Stähle. Diese werden zunächst hinsichtlich ihrer mechanischen und thermischen Eigenschaften vorgestellt. Welche Vorteile sich durch die Anwendung solcher Stahlsorten ergeben, wird anhand von Simulationsberechnungen mit den Programmen TEMPO und BRANDY untersucht. Im ersten Schritt wird hierzu mit TEMPO die zeitliche Entwicklung der Bauteilerwärmung infolge einer vorgegebenen Temperatur-Zeitkurve berechnet. Die Erwärmungsberechnung erfolgt mit der Methode der Finiten Elemente, wobei der Bauteilquerschnitt zweidimensional abgebildet wird. Im zweiten Schritt wird mit BRANDY das Tragverhalten des Bauteils/Tragwerks simuliert. Beide Programme wurden durch Nachrechnung von verschiedenen Versuchen validiert. Als Beispiele für verschiedene Bauteile wurden die Mittelstütze im Erdgeschoß und der linke Deckenträger im Erdgeschoss eines typischen Bürogebäudes ausgewählt und für die verschiedenen Stahlsorten so bemessen, dass eine Ausnutzung im kalten Zustand von 100 % vorliegt. Als Randbedingungen wurden die Bedingungen eines Bauteillaborversuches gewählt (Brandeinwirkung: Einheitstemperatur-Zeitkurve (ETK); Lagerung: statisch bestimmt). Die Simulationsergebnisse zeigten, dass ein Deckenträger, der mit vollständigem Verbund zur Betonplatte ausgeführt wird, die Feuerwiderstandsklasse R30 mit jeder der vorgestellten Stahlsorten erreicht. Bei der Stütze kann die Feuerwiderstandsklasse R30 bei voller Ausnutzung in der kalten Bemessung nur mit nichtrostenden Stählen erreicht werden.