Eurocode-Brandschutzteile und Nationale Anhänge

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1 Ingenieure für Brandschutz Eurocode-Brandschutzteile und Nationale Anhänge Neue Normen für die Brandschutzbemessung Dr. Jochen Zehfuß hhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH Fassung September 2012

2 Fassung September 2012 Fassung 21. September 2009 Autor Dr. Jochen zehfuss Dr.-Ing. Jochen Zehfuß (rechts) ist Niederlassungsleiter von hhpberlin in Hamburg kam er ins Unternehmen und war zunächst als wissenschaftlicher Leiter tätig. Seit 2008 führt er nun unsere nördlichste Dependence. Er engagiert sich stark im Bereich der Heiß bemessung. U. a. nimmt er teil an nationalen und internationalen Arbeitskreisen und Konferenzen zum baulichen Brandschutz und zu seinem Schwerpunkt, den Ingenieurmethoden. 2

3 Fassung September 2012 Eurocode-Brandschutzteile und Nationale Anhänge Eurocode-Brandschutzteile und Nationale Anhänge Neue Normen für die Brandschutzbemessung In Deutschland basiert die Brandschutzbemessung von Bauteilen und Tragwerken in der Regel auf den materiellen Anforderungen der Bauordnungen bzw. Sonderbauvorschriften sowie den Vorgaben der Bemessungsnorm DIN Diese Vorgaben wurden aus den Ergebnissen von Normbrandversuchen nach Einheitstemperaturzeitkurve an Einzelbauteilen abgeleitet. Die Abhängigkeit der Brandeinwirkungen auf Bauteile von den vorhandenen Brandlasten, den Ventilationsverhältnissen und der Raumgeometrie wird bei dieser pauschalen Betrachtung nicht berücksichtigt. Ebenso können Tragreserven infolge von Lastumlagerungen im Tragsystem mit den fest vorgegebenen Randbedingungen der Bemessungstabellen nicht erfasst werden. Die traditionelle Brandschutzbemessung führt daher in vielen Fällen zu einer Überbemessung der Bauteile. Im Rahmen von schutzzielorientierten Brandschutzkonzepten ist schon heute in Einzelfällen mit der Zustimmung der Genehmigungsbehörden für Sonderbauten eine Abweichung von der traditionellen Brandschutzbemessung sowie den in den Bauordnungen geforderten feuerbeständigen oder feuerhemmenden Bauweisen möglich. Dies bedarf jedoch einer leistungsorientierten Brandschutzbemessung der Bauteile mit Nachweisverfahren, wie sie in den Brandschutzteilen der Eurocodes zur Verfügung gestellt werden. Speziell für Stahltragwerke und Bauteile im Bestand ist eine Brandschutzbemessung nach den Eurocodes eine echte Alternative. Sie erfordert zwar einen erhöhten Nachweisaufwand, dieser wird jedoch durch eingesparte bzw. reduzierte Bekleidungsmaterialien mehr als kompensiert wurden die Eurocode-Brandschutzteile vom DIN als Vornormen (DIN V ENV) veröffentlicht und grundsätzlich sind sie immer noch anwendbar. Mit Ausnahme von Eurocode 9 (Aluminiumtragwerke) waren für die Vornormen Nationale Anwendungsdokumente (NAD) erstellt worden. Darin enthalten sind Angaben zum Anwendungsbereich, zu den indikativen Werten ( boxed values ) sowie zu weiteren technischen Detailregelungen. Diese Nationalen Anwendungsdokumente hatten zum Ziel, Veränderungen des nationalen Sicherheitsniveaus im konstruktiven Brandschutz zu vermeiden. Seit 2010 liegen nun die Eurocode-Brandschutzteile in deutscher Fassung als DIN EN-Normen vor. Eine Übersicht über die veröffentlichten EN- und DIN EN-Normen gibt Tabelle 1. Für die Anwendung der in Tabelle 1 aufgeführten endgültigen Normen DIN EN 199X-1-2 sind Nationale Anhänge (NA) erforderlich. Wie die Nationalen Anwendungsdokumenten zu den Vornormen enthalten sie zusätzliche Festlegungen, um das nationale Sicherheitsniveau zu gewährleisten. Die Anzahl der national veränderbaren Werte (NDP Nationally Determined Parameters) wurde zwar im Vergleich zu den Vornormen reduziert, trotzdem gibt es noch eine Reihe von Parametern, für die auf europäischer Ebene keine Harmonisierung möglich oder erwünscht war. Daneben kann jedes Mitgliedsland individuell festlegen, ob die in den Eurocode-Teilen enthaltenen sogenannten informativen (d. h. nicht normativen) Anhänge angewendet werden dürfen. Seit sind die Eurocode-Brandschutzteile DIN EN bis DIN EN sowie deren Nationale Anhänge in der Musterliste der Technischen Baubestimmungen enthalten. Bis zum Frühjahr 2013 werden dann voraussichtlich die Länder die Brandschutznachweise für Bauteile und Tragwerke mit Ingenieurverfahren bauaufsichtlich einführen, so dass sie dem Anwender ganz offiziell zur Verfügung stehen. Es bleibt jedoch anzumerken, dass bei der Anwendung der Naturbrandnachweise weiterhin eine zustimmungspflichtige Abweichung von den materiellen Anforderungen des Baurechts vorliegt, solange die Bauordnungen und 5

4 Fassung September 2012 Eurocode-Brandschutzteile und Nationale Anhänge CEN-Norm DIN-Norm Deutscher Titel EN November 2002 DIN EN Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke Teil 1 2: Allgemeine Einwirkungen Brandeinwirkungen auf Tragwerke EN Dezember 2004 DIN EN Eurocode 2: Planung von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken Teil 1 2: Allgemeine Regeln Tragwerksbemessung für den Brandfal l EN April 2005 DIN EN Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten Teil 1 2: Allgemeine Regeln Tragwerksbemessung für den Brandfall EN August 2004 DIN EN Eurocode 4: Bemessung und Konstruktion von Verbundtragwerken aus Stahl und Beton Teil 1 2: Allgemeine Regeln Tragwerks bemessung für den Brandfall EN November 2004 DIN EN Eurocode 5: Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauten Teil 1 2: Allgemeine Regeln Bemessung für den Brandfall EN Mai 2005 DIN EN April 2011 Eurocode 6: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten Allgemeine Regeln Teil 1 2: Tragwerksbemessung für den Brandfall EN Februar 2007 DIN EN Eurocode 9: Bemessung und Konstruktion von Aluminiumtragwerken Teil 1 2: Tragwerksbemessung für den Brandfall Tabelle 1: Übersicht über die Originalfassungen und die deutschen Ausgaben der Eurocode-Brandschutzteile Sonderbauverordnungen nicht entsprechend novelliert sind. Die Anwendung der allgemeinen Rechenverfahren (Level 3) bei ETK-Beanspruchung ist nun ohne weitere Zustimmung der Bauaufsichtsbehörde möglich. Die Eurocode-Brandschutzteile regeln Nachweise der Tragfähigkeit brandbeanspruchter Bauteile und Tragwerke aus unterschiedlichen Baustoffen auf Basis von tabellarischen Daten (in Analogie zu DIN ) sowie vereinfachten und allgemeinen Rechenverfahren. Durch Anwendung der allgemeinen Rechenverfahren besteht in Deutschland erstmals die Möglichkeit, auch Gesamttragwerke für den Lastfall Brand rechnerisch zu untersuchen und zu bewerten und so die Brandschutzbemessung zu optimieren. Weiterhin können bei Anwendung der Eurocodes sog. Naturbrandmodelle berücksichtigt werden. Dadurch steht erstmals eine Alternative zur Einheitstemperaturzeitkurve zur Verfügung, mit der die Brandeinwirkungen situationsabhängig auf Basis der tatsächlich vorhandenen Brandlasten, Ventilationsverhältnisse und Brandraumgeometrie bestimmt werden können. Die Nutzung dieser Möglichkeiten erfordert jedoch eine besondere Fachkompetenz der Anwender sowie die Einbettung der Nachweise in ein ganzheitliches Brandschutzkonzept. Der Nationale Anhang zu DIN EN enthält zusätzliche Regelungen und Präzisierungen für die Anwendung der rechnerischen Nachweisverfahren. In Anhang AA wird ein vereinfachtes Naturbrandmodell (parametrische Temperaturzeitkurven) für Brände in kleinen und mittelgroßen Räumen beschrieben. Mit diesem Verfahren kann in Abhängigkeit zu den konkret im Brandraum vorliegenden Randbedingungen (Geometrie, Brandlastdichte und Ventilation) der Zeitverlauf der Heißgastemperatur mit einfachen Gleichungen bestimmt werden. Die Gleichungen lassen sich in ein Tabellenkalkulationsprogramm übertragen, so dass sich der Temperaturzeitverlauf sekundenschnell für derartige Räume bei beliebigen Randbedingungen innerhalb der Anwendungsgrenzen ermitteln lässt ganz ohne langwierige und aufwändige Berechnungen mit allgemeinen Rechenmodellen. 6 7

5 Fassung September 2012 Eurocode-Brandschutzteile und Nationale Anhänge T = (T 2 -T 1 )((t-t 1 )/(t 2 -t 1 )) 1/2 +T 1 for t 1 < t <= t 2 (t 2 ;T 2 ) kritischen Schadenfeuers. Diese hängt wiederum von der Nutzung des Gebäudes und der Versagenswahrscheinlichkeit der vorhandenen anlagentechnischen und abwehrenden Brandschutzmaßnahmen ab. temperature [ C].. (t 1 ;T 1 ) T= (T 1 -T 0 )/t 1 ² t² +T 0 for t 1 <= t T = (T 3 -T 2 )((t-t 2 )/(t 3 -t 2 )) 1/2 +T 2 for t > t 2 (t 3 ;T 3 ) Der informative Anhang CC enthält Beispiele für die Prüfung und Validierung von Rechenprogrammen für Brandschutznachweise. Zurzeit sind nur wenige Programme auf dem Markt erhältlich, mit denen die rechnerischen Brandschutznachweise durchgeführt werden können. Neu entwickelte Programme können anhand der Beispiele validiert werden. Die Validierung der Programme mit Anhang CC ersetzt jedoch nicht die bauaufsichtlich geforderte Prüfung der Brandschutznachweise durch (t 0 ;T 0 ) einen hierfür qualifizierten Prüfingenieur. time [min] section 1 section 2 section 3 Definition der Parametrischen Temperaturzeitkurven nach Anhang AA In Anhang BB werden die erforderlichen Eingangsdaten für die Naturbrandmodelle angegeben. Der Anhang enthält außerdem ein übergreifendes Sicherheitskonzept, mit dem auch der Einfluss von anlagentechnischen und abwehrenden Brandschutzmaßnahmen auf die Brandeinwirkungen berücksichtigt werden kann. Grundgedanke des Sicherheitskonzeptes ist es, die erforderliche Zuverlässigkeit der Brandschutzbemessung über die Seltenheit des Brandereignisses und die hinreichend konservative Festlegung der Bemessungsbrandwirkung sicherzustellen. Die maßgeblichen Parameter des Bemessungsbrandes die Brandlastdichte und die Wärmefreisetzungsrate werden mit Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt, die entsprechend der erforderlichen Zuverlässigkeit im Brandfall bestimmt werden. Diese errechnet sich als Quotient der für alle Lastfälle geltenden zulässigen Versagenswahrscheinlichkeit von Bauteilen und der Auftretenswahrscheinlichkeit eines hhpberlin wendet die in den Eurocode-Brandschutzteilen und Nationalen Anhängen geregelten rechnerischen Brandschutznachweise bereits seit längerem im Rahmen von Sondergutachten an. Darüber hinaus haben wir uns aktiv an der Entwicklung der Nationalen Anhänge beteiligt. Mit der bauaufsichtlichen Einführung der Eurocode-Brandschutzteile und der Nationalen Anhänge wird die Anwendung der rechnerischen Nachweise in Deutschland künftig erleichtert, so dass diese für eine risikogerechte und wirtschaftlichere Bemessung des baulichen Brandschutzes insbesondere in Sonderbauten genutzt werden können. 8 9

6 Weitere Informationen hhpberlin ist das führende deutsche Ingenieurbüro für Brandschutz mit Sitz in Berlin, München, Hamburg, Frankfurt und Braunschweig. Die im Jahr 2000 aus dem Büro Hosser, Hass und Partner hervorgegangene Firma entwickelt weltweit Brandschutzkonzepte für nationale und internationale Bauprojekte. Zu den Referenzen gehören u. a. die Münchner Allianz Arena, das Bundeskanzleramt, die Color Line Arena in Hamburg, die Dalian Twin Towers, das Pudong Museum in China sowie der neue Hauptstadt-Airport Berlin-Brandenburg International. Die Kompetenz von hhpberlin reicht von der brandschutzgerechten Fachplanung über die Ausführung bis hin zur Qualitätssicherung sowohl im Neubau als auch bei der Bauerneuerung. hhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH Hauptsitz: Rotherstraße Berlin Phone +49 (30) Fax +49 (30) @hhpberlin.de