Holz Brandschutz Handbuch Herausgeber: Deutsche Gesellschaft für Holzforschung e. V. Copyright 2009 Ernst & Sohn, Berlin ISBN:

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1 Probekapitel Holz Brandschutz Handbuch Herausgeber: Deutsche Gesellschaft für Holzforschung e. V. Copyright 2009 Ernst & Sohn, Berlin ISBN: Wilhelm Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG Rotherstraße 21, Berlin Deutschland

2 1 Einführung Claus Scheer, Mandy Peter In den vergangenen Jahren erfreut sich der Holzbau wieder zunehmender Beliebtheit, nicht zuletzt durch das verstärkte Bestreben energieeffizient und umweltgerecht zu bauen. Unter Berücksichtigung dieser Ansprüche fällt die Entscheidung nahezu zwangsläufig für den Baustoff Holz. Dabei beschränkt sich der Holzbau nicht mehr nur auf den Bau von Ein- und Zweifamilienhäusern sondern zunehmend auch auf die Errichtung mehrgeschossiger Wohn- und Geschäftsgebäude sowie weitgespannter Ingenieurtragwerke. Insbesondere bei diesen Anwendungsfällen spielt der Brandschutz eine wesentliche Rolle. Hier muss das in Deutschland geforderte Sicherheitsniveau auch bei einem Einsatz des Werkstoffes Holz gewährleistet sein. Im Jahre 2002 wurde die Musterbauordnung umfassend novelliert. Das Ziel dieser Neufassung war eine Deregulierung der Vorschriften, bei der die Anforderungen zunehmend objektspezifisch festgelegt werden. Diese Vorgehensweise bietet den Planenden natürlich zunächst mehr Freiheiten bei der Entwicklung individueller Bauwerke. Sie ist jedoch gleichzeitig mit einer erhöhten Verantwortung jedes Einzelnen verbunden. Mit dieser Novelle des Musters ist unter anderem zukünftig die Errichtung von bis zu fünfgeschossigen Holzgebäuden in der neuen Gebäudeklasse 4 möglich. Das Kapitel 2 Anforderungen dieses Werkes gibt einen umfassenden Überblick über diese neuen Regelungen in Bezug auf die Möglichkeiten der Verwendung des Baustoffes Holz. Auch die öffentliche Hand fordert zunehmend die Errichtung von Gebäuden wie beispielsweise Schulen und Kindertagesstätten mit überdurchschnittlichen Energiestandards bis hin zum Passivhaus, zu deren Umsetzung der Holzbau aufgrund seiner bauphysikalischen Eigenschaften optimale Möglichkeiten bietet. Für diese Gebäude besonderer Art und Nutzung, sogenannte Sonderbauten, gelten über die Landesbauordnungen hinaus Sonderbauvorschriften. Daher werden neben der Umsetzung von Wohn- und Geschäftsgebäuden im Kapitel 2 auch die Festlegungen für die Errichtung von Sonderbauten erläutert. Eine Zusammenstellung der länderspezifischen Anforderungen ist im Anhang zu diesem Handbuch enthalten. Derzeit werden bereits über die Möglichkeiten der Landesbauordnungen hinaus bis zu siebengeschossige Gebäude in Holzbauweise errichtet. Die Umsetzung derartiger Bauwerke ist im Zuge von Abweichungen möglich. Hierbei ist nachzuweisen, dass die Gebäude die Anforderungen des Grundsatzparagraphen zum Brandschutz sicher erfüllen. Es ist somit nachzuweisen, dass bei einem Brandereignis die Rettung von Leben gewährleistet ist und wirksame Löschmaßnahmen möglich sind. Dies bedeutet konkret, dass sich auch bei einem Holzgebäude Brände nicht unkontrolliert oder in kürzerer Zeit als bei vergleichbaren Gebäuden in Massivbauweise ausbreiten dürfen. Diese Nachweise sind in der Regel über ganzheitliche Brandschutzkonzepte zu erbringen. Das Kapitel 3 Brandschutzkonzepte dieses Handbuchs geht auf die wesentlichen Inhalte derartiger Konzepte ein und erläutert

3 2 Einführung an ausgeführten Beispielen ausführlich die Voraussetzungen, bei denen auch außerhalb der Gebäudeklasse 4 sowie im Bereich der Sonderbauten durch geeignete Kompensationsmaßnahmen ein Einsatz der Holzbauweise möglich ist. Neben dem Brandschutznachweis für das Gesamtobjekt ist in der Regel auch ein Nachweis einzelner Bauteile und deren Verbindungen erforderlich. Hierbei spielen das Brandverhalten und die Veränderung der Materialeigenschaften unter Temperatureinwirkung eine wesentliche Rolle. Diese theoretischen Zusammenhänge sind im Kapitel 4 Baustoffverhalten von Holz und im Holzbau verwendeten Werkstoffen zusammengestellt. Die normativen Regelungen zur Bemessung von Bauwerken wurden in den letzten Jahren sowohl national als auch europäisch umfassend überarbeitet. Dabei wurden die nationalen Normen für den Nachweis unter Normaltemperaturen entsprechend den Eurocodes auf das semiprobabilistische Sicherheitskonzept umgestellt. Die Neufassung der DIN 1052 zur Bemessung von Holzbauwerken hat ebenfalls eine Überarbeitung der Vorschriften für den Nachweis im Brandfall erforderlich gemacht. Das Kapitel 5 Brandschutznormung im Holzbau liefert einen umfassenden Überblick über das Sicherheitskonzept und die Bemessungsregeln. Bauprodukte und Bauarten, die in Deutschland nicht über Normen geregelt sind, müssen bei einem Einsatz in Bauwerken über einen gültigen Verwendbarkeitsnachweis verfügen. Auf diese Zusammenhänge sowie die erforderlichen Nachweise wird in Kapitel 5 ebenfalls ausführlich eingegangen. Die nationalen Verfahren zum Nachweis von Holzbauteilen wurden im Wesentlichen an die europäischen Vorschriften angeglichen. Dies bedeutet konkret, dass die bisherigen Tabellen der DIN durch zwei mögliche Bemessungsverfahren ersetzt wurden, mit deren Hilfe es möglich ist, die Vielzahl der unterschiedlichen Festigkeitsklassen sowohl bei Vollholz als auch bei Brettschichtholz zukünftig für einen Brandschutznachweis zu berücksichtigen. Für den Nachweis von Anschlüssen ist derzeit noch keine Anpassung an das europäische System erfolgt. Hier findet man in den Vorschriften im Wesentlichen die bislang bekannten Regelungen, die an die neue Terminologie der Bemessungsnormen angepasst wurden. Ausführliche Erläuterungen zu den einzelnen Bemessungsverfahren finden sich im Kapitel 6 Brandschutznormung im Holzbau und im Kapitel 7 Holzverbindungen im Brandfall. Der Einstieg in die Regelungen wird anhand praxisgerechter Beispiele erleichtert. Um auch zukünftig für übliche Bauteile und Anschlüsse die Bemessung für den Brandfall zu vereinfachen und somit ein hohes Maß an Wirtschaftlichkeit in der Planung zu gewährleisten, sind in den Kapiteln sowie auf der diesem Handbuch beigefügten CD Bemessungshilfen in Form von Tabellen zusammengestellt. Die Verwendbarkeit von Baustoffen bei der Errichtung von Gebäuden ist im Wesentlichen von der Gebäudehöhe, der Größe der Nutzungseinheiten sowie der geplanten Nutzungsart abhängig. Dieser Zusammenhang begründet sich auf die Möglichkeiten der Selbst- und Fremdrettung, insbesondere auf Evakuierungszeiten sowie auf die Zugänglichkeit und Erreichbarkeit von Gebäuden zur Durchführung wirksamer Löschmaßnahmen. Die Differenzierung erfolgt über die Einteilung in unterschiedliche Gebäudeklassen. In diesen ist die Anwendbarkeit des Baustoffes Holz an konstruktive Bedingungen geknüpft. So ist bis

4 Einführung 3 zur Gebäudeklasse 3 üblicherweise eine feuerhemmende Ausführung möglich. In der Gebäudeklasse 4 müssen tragende und aussteifende Holzbauteile hochfeuerhemmend aus - geführt werden. In der Gebäudeklasse 5 ist eine Verwendung des Baustoffes Holz in der Regel nur über Abweichungen bei gleichzeitiger Ausführung geeigneter Kompensationsmaßnahmen möglich. Die Möglichkeiten der Planung und Ausführung von Holzbauteilen, wie Wände, Decken- und Dachbauteile werden in Kapitel 8 Holzkonstruktionen Wände, Decken, Dächer dargestellt. Die zum Einsatz kommenden Konstruktionen müssen über einen gültigen Verwendbarkeitsnachweis verfügen. Bei nicht genormten Konstruktionen kann dieser über ein allgemeines bauaufsichtliches Prüfzeugnis oder eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung erbracht werden. Die Verwendung des Baustoffes Holz nicht nur als konstruktives sondern auch als gestalterisches Element an der Fassade ist bislang auf Gebäude mit einer Höhe des höchstgelegenen Geschosses mit Aufenthaltsräumen von maximal 7 m begrenzt. Um auch für Gebäude mit größeren Höhen Holz im Außenbereich sichtbar einsetzen zu können, wurden in den letzten Jahren in Zusammenarbeit mit europäischen Partnern umfangreiche Untersuchungen zum Brandverhalten von Holzfassaden durchgeführt. Unabhängig von der Konstruktionsweise, der Bauart oder den verwendeten Materialien der Außenwandkonstruktion gilt als Schutzziel, dass es bei einem Brand an der Außenwand vor dem Löschangriff der Feuerwehr nicht zu einer schnellen Brandausbreitung über mehr als zwei Geschosse oberhalb oder unterhalb der Brandetage kommen darf und eine Gefährdung der Rettungskräfte durch großflächig abstürzende Fassadenteile auszuschließen ist. Sowohl in Kleinbrandversuchen als auch in großmaßstäblichen Naturbrandversuchen konnte gezeigt werden, dass bei Einhaltung der in Kapitel 9 Fassadenbekleidungen aus Holz definierten baulichen Schutzmaßnahmen diese Schutzziele auch bei einer Verwendung von Holz als Außenwandbekleidungselement eingehalten werden können. Neben dem Einsatz im Neubau, ist Holz ein Baustoff, der aufgrund seiner Tradition für das Bauwesen häufig in Bestandsbauten anzutreffen ist. Derzeit verlagert sich das Baugeschehen zunehmend auf den Bereich des Bestandes. Typisches Beispiel sind hierbei bestehende Holzbalkendecken im Geschosswohnbau. Bei einem Ausbau des Dachgeschosses sowie einer nachträglichen Aufstockung ist für die oberste Geschossdecke formal das aktuelle Baurecht umzusetzen. Ab einer Gebäudehöhe von mehr als 13 m bedeutet dies in der Regel eine feuerbeständige Ausführung. Diese Regelung schließt zunächst die Anwendung der Holzbauweise aus. Neben den Holzbalkendecken verfügen derartige Gebäude nicht selten über alte historische Holztreppen, die aufgrund ihrer gestalterischen Qualität in hohem Maße erhaltenswert sind. Werden diese bei einem Eingriff in den Bestand, beispielsweise im Rahmen eines Dachgeschossausbaus oder einer Aufstockung auf das bestehende Gebäude, Teil des ersten Rettungsweges, so ist gemäß der Musterbauordnung eine Ausführung aus brennbaren Baustoffen auf die Gebäudeklassen 1 bis 3 beschränkt. Um dennoch diese Konstruktionen erhalten zu können, sind für derartige Baumaßnahmen häufig unkonventionelle und individuelle Lösungen gefragt. Über die Regelung von Abweichungen ist nachzuweisen, dass auch bei einer Anwendung des Baustoffes Holz, das geforderte Sicherheitsniveau gewährleistet werden kann. Das Kapitel 10 Brandschutz im

5 4 Einführung Bestand zeigt, wie derartige Lösungen für den Einzelfall geplant und konstruktiv umgesetzt werden können. In Anwendungsfällen, in denen es gefordert und sinnvoll ist, die Entzündbarkeit des Baustoffes Holz zu verzögern, bieten Beschichtungen eine geeignete Möglichkeit zur Umsetzung dieser Anforderungen. Zur Weiterentwicklung und Optimierung der Funktionstüchtigkeit derartiger Systeme wurden in den vergangenen Jahren umfangreiche Forschungsarbeiten durchgeführt. Die wesentlichen Erkenntnisse dieser Untersuchungen sowie mögliche Anwendungsgebiete sind im Kapitel 11 Brandschutzbeschichtungen und Flammschutzadditive für Holz und Holzwerkstoffe dieses Handbuches zusammengestellt. Der Anhang zu diesem Handbuch enthält eine Vielzahl wertvoller Hilfsmittel für die brandschutztechnische Planung von Gebäuden in Holzbauweise. Hierzu zählt in erster Linie eine konsolidierte Fassung aus den Normenteilen DIN , der Änderung DIN /A1 sowie dem Anwendungsdokument DIN Mit diesem Gesamtdokument ist ein geschlossener Nachweis von Holzbauwerken unter Beachtung aller relevanten Regelungen möglich. Darüber hinaus enthält der Anhang eine Zusammenstellung der brandschutztechnischen Anforderungen der einzelnen Landesbauordnungen sowie der Sonderbauverordnungen an die Qualität der Baustoffe und Bauteile. Eine Übersicht der wesentlichen derzeit für den Holzbau relevanten allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen und allgemeinen bauaufsichtlichen Prüfzeugnisse gibt einen Überblick über derzeit für den Holzbau einsetzbare Bauprodukte und Bauarten, und erleichtert somit wesentlich deren Anwendbarkeit. Eine Vielzahl dieser Verwendbarkeitsnachweise ist in ihrer vollständigen Fassung zusätzlich auf der beiliegenden CD zu finden.

6 Inhaltsverzeichnis Vorwort V 1 Einführung Anforderungen Allgemeines Musterbauordnung MBO Konzept der MBO Neue Einteilung der Gebäudeklassen Berücksichtigung von Konstruktionssystemen aus brennbaren und nichtbrennbaren Bestandteilen Berücksichtigung von hochfeuerhemmenden Bauteilen Holztragkonstruktionen bei Gebäuden der Gebäudeklasse Prüfung von Brandschutznachweisen Landesbauordnungen LBO Sonderbaurichtlinien und verordnungen Allgemeines Muster-Beherbergungsstättenverordnung (MBeVO), Fassung 12/ Muster-Industriebaurichtlinie (MIndBauRL) Fassung 03/ Muster-Verkaufsstättenverordnung (MVkVO) Fassung 09/ Muster-Versammlungsstättenverordnung (MVStättV) Fassung 06/ Krankenhausbauverordnung (KhBauVO) Fassung 12/ Brandenburgische Krankenhaus- und Pflegeheim-Bauverordnung (BbgKPBauV) Fassung 02/ Muster-Schulbaurichtlinie (MSchulbauR) Fassung 07/ Muster-Holzbaurichtlinie (M-HFHHolzR) Fassung 07/ Allgemeines Geltungsbereich Anforderungen an Baustoffe Brandschutzbekleidung Konstruktive Anforderungen an Wände und Decken Konstruktive Anforderungen an Anschlüsse Anforderungen an Öffnungen für Türen, Fenster und sonstige Einbauten Anforderungen an Installationsführungen und elektrische Leitungen Verwendbarkeits- und Übereinstimmungsnachweis Bauausführung Brandschutzkonzepte Allgemeines

7 X Inhaltsverzeichnis 3.2 Baurechtliche Voraussetzungen Der Grundsatz-Paragraph Abweichungen, Ausnahmen und Befreiungen Zustimmungen im Einzelfall Bestandsschutz Sachverständigenwesen Brandschutzkonzepte Ziele und Grundlagenermittlung Aufbau eines Brandschutzkonzeptes Bauliche Maßnahmen Anlagentechnische Maßnahmen Außenanlagen Hinweise zur Umsetzung von Brandschutzkonzepten Gebaute Beispiele Viergeschossiges Wohn- und Geschäftshaus in Wenden Sanierung und Aufstockung von Mehrfamilienhäusern in Frankfurt Baustoffverhalten von Holz und im Holzbau verwendeten Werkstoffen Allgemeines Brandverhalten von Holz und Holzwerkstoffen Brandszenarien Wärmephysikalische Eigenschaften Wärmeleitfähigkeit Spezifische Wärmekapazität Rohdichte Wärmedehnung Abbrandgeschwindigkeiten Abbrandverhalten ungeschützter Holzquerschnitte Abbrandverhalten anfänglich geschützter Holzquerschnitte Abbrandverhalten von Holzwerkstoffen Temperaturentwicklung im Querschnitt Elasto-mechanische Eigenschaften Allgemeines Zugfestigkeit Druckfestigkeit Biegefestigkeit Schubfestigkeit Steifigkeiten Brandverhalten von Gipswerkstoffen Klassifizierung von Holz, Holzwerkstoffen und Gipswerkstoffen Baustoffklassen nach nationalen Regelungen Brennbarkeitsklassen nach europäischen Regelungen

8 Inhaltsverzeichnis XI 5 Brandschutznormung im Holzbau Allgemeines Sicherheitskonzept und Einwirkungen Nationale Bemessungsnormen Bemessung auf der Grundlage deterministischer Sicherheitskonzepte Bemessung auf der Grundlage semiprobabilistischer Sicherheitskonzepte Allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen (abz) Europäische Bemessungsnormen DIN EN und DIN EN Brandschutzregeln in Europäisch Technischen Zulassungen (ETA) Experimentelle Nachweise Experimentelle Nachweise für das Brandverhalten von Baustoffen nach DIN EN und DIN Experimentelle Nachweise für das Brandverhalten von Bauteilen nach DIN und DIN EN Allgemeine bauaufsichtliche Prüfzeugnisse Holzbauteile im Brandfall Allgemeines Bemessung nach nationalen Vorschriften Bemessungsvorschriften Abbrandtiefen Festigkeiten und Steifigkeiten im Brandfall Bemessungsmethoden für den Brandfall Allgemeines Träger und Stützen mit konstantem Querschnitt Querschnitte aus kombiniertem Brettschichtholz Stabilitätsbetrachtungen für den Brandfall Gekrümmte Träger und Träger veränderlicher Höhe Verstärkungen von Durchbrüchen Bemessung nach europäischen Vorschriften Bemessungsvorschriften Abbrandtiefen Festigkeiten und Steifigkeiten im Brandfall Bemessungsmethoden für den Brandfall Träger und Stützen mit konstantem Querschnitt Querschnitte aus kombiniertem Brettschichtholz Stabilitätsbetrachtungen für den Brandfall Gekrümmte Träger und Träger veränderlicher Höhe Verbundbauteile aus nachgiebig miteinander verbundenen Querschnittsteilen

9 XII Inhaltsverzeichnis 6.4 Bemessungsbeispiele Brettschichtholzträger mit konstantem Querschnitt (F30-B) Satteldachträger mit geradem Untergurt für den Brandfall (F30-B) Gelenkig gelagerte Stütze für den Brandfall (F30-B) Bemessungshilfen Ausblick Holzverbindungen im Brandfall Allgemeines Verbindungen mit stiftförmigen metallischen Verbindungsmitteln Nationale Vorschriften Verbindungen mit Stabdübeln und Passbolzen Nagelverbindungen Bolzenverbindungen Verbindungen mit Dübeln besonderer Bauart Konstruktive Anforderungen Zusätzliche Bedingungen für Verbindungen mit innenliegenden Stahlblechen Geschützte Verbindungen Europäische Vorschriften Allgemeines Ungeschützte Verbindungen Geschützte Verbindungen Auf Herausziehen beanspruchte Schrauben Verbindungen mit Stahlteilen Verbindungen mit außenliegenden Stahlblechen Verbindungen mit Stahlblechformteilen Zimmermannsmäßige Verbindungen Bemessungsbeispiele Zweischnittige Zugverbindung mit Stabdübeln für eine Feuerwiderstandsdauer von 30 Minuten Anschluss mit innenliegendem Stahlblech und Stabdübeln für eine Feuerwiderstandsdauer von 60 Minuten Bemessungshilfen Ausblick Brandschutz von Holzkonstruktionen Allgemeines Normative Regeln Nachweis der Verwendbarkeit

10 Inhaltsverzeichnis XIII 8.2 Wände Wände bis zur Gebäudeklasse Wände in der Gebäudeklasse Allgemeines Tragende, aussteifende und raumabschließende Wände Wände anstelle von Brandwänden Nichttragende Außenwände Konstruktive Anforderungen in der Gebäudeklasse Herstellung und Bauausführung von Bauteilen in der Gebäudeklasse Alternative Lösungen in der Gebäudeklasse Erläuterungen zu Wänden in DIN , -4/A1 und Decken Grundlagen zum Brandschutznachweis von Decken in Holzbauweise Holzbalkendecken Brettstapel und Brettsperrholz Holz-Beton-Verbund Decken bis zur Gebäudeklasse Decken in der Gebäudeklasse Erläuterungen zu Decken in DIN , -4/A1 und Dächer Erläuterungen zu Dächern in DIN , -4/A1 und Treppen, Treppenräume und Aufzugsschächte Treppen und Treppenräume Aufzugsschächte Türen Haustechnik Einleitung Regelwerke DIN 4102 und MLAR Installationsführung durch klassifizierte Schächte Installationsführung durch Abschottungen Abgasanlagen Installationsdurchführungen im mehrgeschossigen Holzbau (Gebäudeklasse 4) Fassadenbekleidungen aus Holz Ausgangslage Definitionen Bestandteile der Fassade Bereiche und Schichten der Außenwandkonstruktion Brandschutztechnische Grundlagen Brandszenarien an der Außenwand Brandausbreitung über die Außenwand bei einem Raumbrand

11 XIV Inhaltsverzeichnis 9.4 Bauordnungsrechtliche Anforderungen an Gebäudeaußenwände Brandschutztechnisches Schutzziel an Außenwänden Generelles Schutzziel für Außenwände Holzbauspezifische Bestimmungen Brandversuche mit Holzaußenwandbekleidungen Versuchsprogramm Laborbrandversuche Originalbrandversuche Naturbrandversuche Versuchsergebnisse Weitere Erkenntnisse Mögliche Brandschutzmaßnahmen Horizontale Brandschutzmaßnahmen Positionierung der Brandsperren Konstruktive Ausführung Schürzen Obere Abschottung der Hinterlüftung Konstruktionen ohne Hinterlüftung Beispiel einer hinterlüfteten Holzfassade mit Nut-und-FederBekleidung Zusammenfassung Brandschutz im Bestand Allgemeines Brandschutz bei Holzbauten Neubauten und Bestand Gemeinsamkeiten und Unterschiede Entwicklung des Brandschutzes Anzuwendende Rechtslage für Brandschutzmaßnahmen im Bestand Bestandsschutz und Denkmalschutz Gefahrbegriffe und Anpassungsverlangen Begriff der Abweichung Bauliche Belange des Bestandes im Holzbau Vorgehensweise bei der brandschutztechnischen Behandlung des Bestandes Konstruktion Ausbau Bauphysik Haustechnik/TGA Funktion Differenzierung von Maßnahmen im Bestand Sanierung Denkmalpflegerische Behandlung Instandhaltung

12 Inhaltsverzeichnis XV Instandsetzung Nutzungsänderung/Nutzungsintensivierung Erneuerung Zielfunktionen des Brandschutzes im Bestand und deren Umsetzung unter dem besonderen Aspekt des Holzbaus Materialtechnische Möglichkeiten und Grenzen Funktionelle Möglichkeiten und Grenzen Anlagentechnische Möglichkeiten Organisatorische Möglichkeiten Möglichkeiten und Grenzen von Kombinationen und Kompensationen der vorgenannten Varianten Beispiele zur Umsetzung der Schutzziele durch moderne Baustoffe und Bauteile Treppenraumabschluss Treppenanlage Besonderheiten des Materialeinsatzes Konstruktionsbauteile Ausbauteile Rettungswege Artfremde Kompensationsmaßnahmen Wasservernebelung Löschgase Thermische Entlastung durch Nutzungseinschränkung Konkretisierung der Schutzziele Bekleidungen und Opferholz Brand- und Rauchabschnittsbildung Brandmelde- und Haustechnik Brandmeldetechnik Rauch- und Wärmeabzug Rauchfreihaltungsanlagen Nutzungsdauer artfremder Maßnahmen Reversibilität von nachträglichen Maßnahmen Brandschutz bei Holztreppen in bestehenden Geschosswohnbauten Anforderung an notwendige Treppenräume Problemstellungen und Lösungsmöglichkeiten Brandschutz bestehender Holzbalkendecken in Geschosswohnbauten Hinweise für Brandschutzkonzepte beim Bauen im Bestand Besonderheiten Brandschutz bei Fachwerkgebäuden Wände Beantragung von Abweichungen Haftungsfragen, Risiken, Möglichkeiten

13 XVI Inhaltsverzeichnis Praxisbeispiele Sanierung und Erweiterung einer Grundschule ( ) Sanierung und Umbau eines Altenpflegeheimes ( ) Brandschutzbeschichtungen und Flammschutzadditive für Holz und Holzwerkstoffe Prozess der Verbrennung von Holz Schutz von Holzwerkstoffen Anorganisch gebundene Holzwerkstoffe Flammschutzadditive Schutz von Vollholz Dämmschichtbildende Beschichtungen Prinzipielle Wirkungsweise von Dämmschichtbildnern Hinweise für die Praxis Regelwerke Stichwortverzeichnis Anhang A Anhang B Anhang C Anhang D Anhang E Nachweis von Holzbauteilen und Verbindungen für den Brandfall nach DIN : in Verbindung mit DIN /A1: und DIN : A1 Übersicht allgemeiner bauaufsichtlicher Prüfzeugnisse und Zulassungen B1 Bauteilanforderungen nach LBO und Sonderbauvorschriften (auf beigefügter CD) Allgemeine bauaufsichtliche Prüfzeugnisse und Zulassungen (auf beigefügter CD) Bemessungshilfen für Bauteile und Verbindungen (auf beigefügter CD)

14 180 6 Holzbauteile im Brandfall Bemessungsmethoden für den Brandfall Träger und Stützen mit konstantem Querschnitt Die Bemessungsverfahren für den Brandfall sind im Wesentlichen mit denen nach DIN identisch. Zu berücksichtigen ist, dass die genauere Methode mit reduzierten Eigenschaften nach Abschnitt der Norm nicht für ein- und zweiseitig brandbeanspruchte Rechteckquerschnitte aus Nadelholz sowie für Querschnitte aus Laubholz anwendbar ist (vgl. Abschnitt 6.3.3) Für diese ist ein Nachweis nach der Methode mit reduziertem Querschnitt nach DIN EN , Abschnitt zu führen. Bei der Bemessung von Stützen im Brandfall können gegebenenfalls günstigere Lagerungsbedingungen im Vergleich zur Bemessung unter Normaltemperaturen angenommen werden. Sofern es sich um durchlaufende Stützen handelt, die Teil eines unverschieblichen Tragwerks sind, dürfen diese in Zwischengeschossen an beiden Enden und im obersten Stockwerk nur am unteren Ende als voll eingespannt angenommen werden. Methode der Bemessung mit reduziertem Querschnitt reduzierten Eigenschaften Bestimmung des Restquerschnitts für die geforderte Feuerwiderstandsdauer ideeller Restquerschnitt verbleibender Restquerschnitt Reduzierung des Ausgangsquerschnitts um die Abbrandtiefe d char,n Reduzierung des Ausgangsquerschnitts um die ideelle Abbrandtiefe d ef d ef = dchar,n + k 0 d0 dchar,n = n t d 0 = 7 mm Bestimmung der im Brandfall rechnerisch vorhandenen Spannungen aus den Einwirkungen im Brandfall und dem Restquerschnitt Bestimmung der im Brandfall anzusetzenden Festigkeiten und Steifigkeiten 20%-Quantile der Werte unter Normaltemperaturen Abnahmen der Festigkeiten und Steifigkeiten sind durch die ideelle Abbrandtiefe d ef berücksichtigt abgeminderte 20%-Quantile der Werte unter Normaltemperaturen Abnahmen in Abhängigkeit von p/a r (Umfang des dem Feuer ausgesetzten Restquerschnitts zur Restquerschnittsfläche) Bestimmung der Knick- bzw. Kippbeiwerte unter Berücksichtigung der jeweiligen Festigkeiten und Steifigkeiten sowie der für den Brandfall vorhandenen Aussteifungskonstruktionen Nachweisführung für die geforderte Feuerwiderstandsdauer in Analogie zu den Nachweisen der DIN EN Bild 6.9 Ablaufschema für eine Brandschutzbemessung von Holzbauteilen nach DIN EN

15 6.3 Bemessung nach europäischen Vorschriften 181 Druckbeanspruchungen rechtwinklig zur Faserrichtung des Holzes (Querdruck) dürfen nach DIN EN , Abschnitt (1) vernachlässigt werden. Die Möglichkeit eines Schubversagens von Biegeträgern im Brandfall vor dem Erreichen der Biegetragfähigkeit ist derzeit sowohl in den nationalen als auch europäischen Regelungen zur Bemessung für den Brandfall nicht berücksichtigt. Die europäische Norm DIN EN regelt in Abschnitt (2): Eine Schubbeanspruchung darf in rechtwinkligen und runden Querschnitten vernachlässigt werden. In der DIN : wurden aufgrund fehlender Erkenntnisse bezüglich der Schubtragfähigkeit im Brandfall zum Nachweis dieser Beanspruchung keine Regelungen festgelegt (vgl. Abschnitt ). In einem am Institut des Zimmerer- und Holzbaugewerbes durchgeführten Forschungsvorhaben wurde anhand von Brandprüfungen biegebeanspruchter Voll- und Brettschichtholzbauteile festgestellt, dass für bestimmte Geometrien, insbesondere bei hohen Trägern, bei denen auch unter Normaltemperaturen eine hohe Schubbeanspruchung auftritt, ein Schubversagen vor dem Erreichen der Biegetragfähigkeit erfolgen kann [1]. Dies bedeutet, dass selbst bei Einhaltung aller derzeit in den Normen festgelegten Nachweise sowohl unter Normaltemperaturen als auch im Brandfall das Schubversagen die angestrebte und für die Biegebeanspruchung nachgewiesene Feuerwiderstandsdauer herabsetzen kann. Ein solches Tragverhalten hätte gravierende sicherheitsrelevante Auswirkungen zur Folge. Im Gegensatz zu allen derzeit gültigen Normen schrieb die bisherige nationale Norm DIN : vor, dass bei Biegeträgern, bei denen unter Normaltemperaturen der Schubnachweis gegenüber dem Nachweis auf Biegung oder Biegung mit Längskraft maßgebend wird, ein mögliches Schubversagen für den Brandfall zu untersuchen ist. Diese Form der Nachweisführung, auch wenn sie normativ nach den europäischen Vorschriften nicht gefordert ist, sollte zunächst beibehalten werden. Da derzeit keine Erkenntnisse zur Abhängigkeit der charakteristischen Schubfestigkeit von der Temperatur vorliegen, wird empfohlen, den Nachweis in Anlehnung an die Methode mit reduziertem Querschnitt nach DIN EN , Abschnitt zu führen. Sie entspricht dem vereinfachten Verfahren der Bemessung mit ideellen Restquerschnitten nach DIN , Abschnitt a) und soll daher an dieser Stelle nicht weiter erläutert werden. Die Vorgehensweise ist ausführlich in Abschnitt beschrieben Querschnitte aus kombiniertem Brettschichtholz Für eine Brandschutzbemessung von Holzbauteilen aus kombiniertem Brettschichtholz werden in der DIN EN ebenso wie in den nationalen Vorschriften keine Regelungen getroffen. Der Nachweis für diese Bauteile sollte in Analogie zu den Vorschlägen des Abschnitts geführt werden. Demnach kann für Bauteile ab einer Höhe von 600 mm die Bemessung für den Brandfall wie für Bauteile aus homogenem Brettschichtholz erfolgen. Bis zu einer Höhe von 600 mm ist die Biegetragfähigkeit im Brandfall auf 95% gemäß Gleichung (6.28) abzumindern.

16 182 6 Holzbauteile im Brandfall Für die Zug- und Druckfestigkeiten im Brandfall sind gemäß der Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen keine Abminderungen erforderlich Stabilitätsbetrachtungen für den Brandfall Bei der Berücksichtigung von seitlichen Aussteifungen druck- und biegebeanspruchter Bauteile ist sicher zu stellen, dass diese während der maßgebenden Brandbeanspruchungsdauer uneingeschränkt funktionsfähig sind. Diese Forderung gilt prinzipiell für aussteifende Bauteile aus Holz und Holzwerkstoffen als erfüllt, wenn 60% der bei einer Bemessung unter Normaltemperaturen erforderlichen Dicke bzw. Querschnittsfläche verbleiben und das Bauteil mit Nägeln, Schrauben, Dübeln oder Bolzen befestigt ist. Hierbei ist sicher zu stellen, dass der Anschluss für die angestrebte Feuerwiderstandsdauer funktionsfähig ist. Ein entsprechender Nachweis ist gemäß den Angaben in Kapitel 7 zu führen Gekrümmte Träger und Träger veränderlicher Höhe Die europäischen Regelungen nach DIN EN bieten keine Nachweismethode für gekrümmte Träger oder Träger veränderlicher Höhe für den Brandfall an. Für diese Bauteile können jedoch die in Abschnitt beschriebenen Regelungen analog angewendet werden. Es sind die verminderten Restquerschnitte für die jeweilige Beanspruchungsart zu ermitteln und die Nachweise nach der Methode mit reduzierten Querschnitten unter Anwendung der Nachweisbedingungen unter Normaltemperatur zu führen Verbundbauteile aus nachgiebig miteinander verbundenen Querschnittsteilen Die DIN EN regelt darüber hinaus den Nachweis von Verbundbauteilen aus nachgiebig miteinander verbundenen Querschnittsteilen für den Brandfall. Für diese ist zu berücksichtigen, dass der Verschiebungsmodul durch die Temperatureinwirkungen beeinflusst wird. Dieser Einfluss ist für Nägel und Schrauben mit einer Reduzierung auf 20 % der Ausgangssteifigkeit am größten. Für alle anderen mechanischen Verbindungsmittel ist eine Verminderung auf 67% des Ausgangsverschiebungsmoduls vorzunehmen. K = K η fi u f (6.37) K fi K u η f Verschiebungsmodul im Brandfall in N/mm Verschiebungsmodul im Grenzzustand der Tragfähigkeit unter Normaltemperatur in N/mm nach DIN EN , Umrechnungsfaktor 0,2 für Nägel und Schrauben 0,67 für alle übrigen Verbindungsmittel

17 6.4 Bemessungsbeispiele Bemessungsbeispiele Brettschichtholzträger mit konstantem Querschnitt (F 30-B) q G,k q N,k q S,k = 2,50 kn/m (ständig) = 0,75 kn/m (veränderlich-kurz) = 5,00 kn/m (veränderlich-kurz) Nutzungsklasse 2 l = 20 m b/h = 18/110 cm e = 3,33 m Pfettenabstand Festigkeitsklasse GL24h Feuerwiderstandsdauer: t f = 30 min Brandbeanspruchung: vierseitig Auslastungsgrad unter Normaltemperaturen Der maßgebende Nachweis ergibt sich aus der Biegebeanspruchung des Brettschichtholzträgers. Der Auslastungsgrad für den Nachweis im Grenzzustand der Tragfähigkeit beträgt 90%. Die Auslastungsgrade für die weiteren Beanspruchungen betragen: Schubbeanspruchung am Auflager: 42% Auflagerpressung (Querdrucknachweis): 80%. Bemessung für den Brandfall nach DIN Methode mit ideellen Restquerschnitten DIN , Abs a) Der Nachweis für den Brandfall wird zunächst nach der vereinfachten Bemessungsmethode mit ideellen Restquerschnitten nach DIN , Abschnitt a) geführt. Die Beanspruchungen werden ebenfalls nach dem vereinfachten Verfahren nach DIN , Abschnitt 6.1 ermittelt. Grenzzustände der Tragfähigkeit für den Brandfall Bemessungswert der Einwirkungen für den Brandfall DIN , Abs. 6.1 E da = 065, E d DIN , Gl. (3)

18 184 6 Holzbauteile im Brandfall bemessungsmaßgebende Schnittgrößen unter Normaltemperatur M q d l d = 8 = 545,0 knm qgd, = γg qgk, + γq qsk, = 1, 35 2, 5+ 1, 5 5, 0 = 10,9 kn/m Eigengewicht γ Gj, = 135, und γ Q, DIN , 1 = 150, Tab. A.3 Aufgrund der Dachneigung treten Einwirkungen aus Wind aus- DIN , schließlich als Windsog auf, die als günstig wirkende veränder- Tab. A.3 liche Einwirkung nicht zu berücksichtigen ist. Eine Überlagerung von Nutzlasten der Kategorie H (Dächer) mit DIN , Schneelasten ist nicht erforderlich. Da die Kombinationsbeiwerte Abs. 6.2 (6) ψ 1 und ψ 2 der Nutzlasten Null sind, ergibt sich der maßgebende Bemessungswert der Einwirkungen für eine Kombination aus Eigengewicht und Schnee. M M = 354,3 knm dfi, = 0, 65 d = 0, , 0 Querschnittswerte β n = 0,7 mm/min Abbrandrate DIN , Tab. 74 t f = 30 min Branddauer d ef = d(t f ) + d 0 DIN , Gl. (9) d(t f ) = b n t f = 0,7 30 = 21 mm DIN , Gl. (9.1) d 0 = 7 mm d ef = = 28 mm b ef = b 2 d ef = ,8 = 12,4 cm h ef = h 2 d ef = ,8 = 104,4 cm u r = 2 b ef + 2 h ef = 2 12, ,4 = 233,6 cm A r = b ef h ef = 12,4 104,4 = 1295 cm2 W y,r b = ef , 9 20 = 8 h 6 2 ef 12, 4 104, 4 = 6 2 = cm3 I y,r b = ef h ef 12, 4 104, 4 = 12 = 1, cm4

19 6.4 Bemessungsbeispiele 185 Bemessungswerte der Beanspruchungen σ mydfi,,, = 15,7 N/mm2 charakteristische Werte der Baustoffeigenschaften DIN 1052, Tab. F.9 f m,k = 24,0 N/mm2 f v,k = 2,5 N/mm2 E 0,mean G mean E 0,05 Mdfi, 354, 3 10 = = W yr, 6 3 = N/mm2 = 720 N/mm2 5 5 = E = 9667 N/mm2 6 0, mean = G 05 = 5 G mean = 600 N/mm2 Bemessungswerte der Festigkeiten und Steifigkeiten für den DIN , Brandfall Abs f d,fi fk = k DIN , mod, fi kfi γ Mfi, Gl. (10) E d,fi E005, = k DIN , mod, fi kfi γ Mfi, Gl. (10.1) G d,fi G05 = k k DIN , mod, fi fi γ Mfi, Gl. (10.2) f m,d,fi k = 10 mod, fi, k fi = 115, γ Mfi, = 10, = ,,, 0 10, = 27,6 N/mm2 DIN , Abs a) DIN , Tab. 75 DIN , Abs b) E d,fi = 10, 115, , = N/mm2 G d,fi = 10, 115, 600 = 690 N/mm2 10,

20 7.3 Verbindungen mit Stahlteilen Verbindungen mit Stahlblechformteilen Nach DIN in Verbindung mit DIN können Holzbinder für eine Feuerwiderstandsdauer von 30 Minuten mit Stahlschuhen befestigt werden, wenn die Blechdicke mindestens 10 mm beträgt. Allerdings ist diese Verbindung ausschließlich an Stahlbetonstützen oder -wänden zulässig. Durch die Verbindung mit Stahlbeton stellt sich eine größere Wärmeableitung als bei Holzstützen ein. Des Weiteren bleibt das Stahlbetonbauteil formstabil. Der Verbinder erfährt keine Schrägstellung, die beim Anschluss an Holzbauteile durch ein Einbrennen auftritt. Daher können die Kräfte sicher abgeleitet werden und es findet kein Herausrutschen des Binders aus dem Stahlschuh statt. Die Auflagerung von Holzbindern mit Stahlschuhen an Stahlbetonstützen wird selten ausgeführt. In der Regel kommen Balkenschuhe mit Blechdicken unter 10 mm zur Anwendung. Die Blechdicke beträgt für übliche Balkenschuhe 2 bis 3 mm. Die Verwendbarkeit derartiger Verbinder wird in Deutschland über allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen (abz) oder Europäisch Technische Zulassungen geregelt. In diesen Zulassungen werden keine Angaben zum Feuerwiderstand der Verbindungen getroffen. Es wird ausschließlich geregelt, dass, sobald Anforderungen an den Feuerwiderstand der Holzkonstruktionen gestellt werden, der Nachweis nach DIN zu erfolgen hat. Dieser Nachweis setzt eine Prüfung unter Normbrandbedingungen voraus, deren Ergebnisse in ein allgemeines bauaufsichtliches Prüfzeugnis (abp) einfließen können [3, 5]. Derartige Prüfzeugnisse liegen derzeit nicht in gültigen Fassungen vor. Für Balkenschuh-Verbindungen mit innenliegenden Schenkeln wurde auf der Grundlage von Prüfungen an der MPA Braunschweig im September 1978 ein Prüfzeugnis ausgestellt [3]. Geprüft wurden jeweils vier gleiche BMF-Balkenschuh-Anschlüsse zur Verbindung von Vollholzbalken mit brettschichtverleimten Holzträgern bei allseitiger Brandbeanspruchung. In den Versuchen wurden Feuerwiderstandsdauern zwischen 35 und 37 Minuten erreicht, so dass die Anschlüsse als Ergebnis dieser Untersuchungen in die Feuerwiderstandsklasse F 30 nach DIN : eingestuft werden konnten. Die Blechdicke wurde mit mindestens 2 mm vorgeschrieben. Die Gültigkeitsdauer des Prüfzeugnisses endete im September An der MPA Braunschweig wurden ebenfalls Feuerwiderstandsprüfungen an Balkenschuh-Verbindungen mit außenliegenden Laschen durchgeführt. Auf der Grundlage dieser Prüfungen konnte ein Prüfzeugnis ausgestellt werden, gemäß dessen die geprüften Verbindungen in die Feuerwiderstandsklasse F 30 einzustufen sind [5]. Die Gültigkeitsdauer dieses Prüfzeugnisses endete im Februar Eine Verlängerung beider Prüfzeugnisse wurde nicht beantragt. Die F 30 Klassifizierung gilt jedoch sowohl für die Anschlüsse mit innenliegenden Schenkeln als auch für jene mit außenliegenden Laschen nur für Holz-Holz-Verbindungen sowie unter bestimmten Voraussetzungen im Hinblick auf die Geometrie und die Beanspruchung der Verbindung. Balkenschuh-Anschlüsse mit innenliegenden Schenkeln nach [1] müssen folgende Anforderungen erfüllen: Abstand des Balkenschuhs von den End- und Unterseiten des Hauptträgers 50 mm und zur Oberseite 20 mm, Stützen müssen beiderseits mindestens 50 mm breiter als der Balkenschuh sein,

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