Probabilistisches Sicherheitskonzept für die brandschutztechnische Bemessung

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Oswalda Kerner
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1 Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz Technische Universität Caroio-Wilhelmina zu Braunschweig Probabilistisches Sicherheitskonzept für die brandschutztechnische Bemessung Vom Fachbereich Bauingenieurwesen der Technischen Universität Caroio-Wilhelmina zu Braunschweig zur Erlangung des Grades eines Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.) genehmigte Dissertation von Dipl.-Ing. Michael Dehne aus Braunschweig 2003

2 INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG UND INHALT DER ARBEIT 1 2 ZIELE DES PROBABILISTISCHEN SICHERHEITSKONZEPTES 3 3 BESTEHENDE SICHERHEITSKONZEPTANSÄTZE FÜR DIE BRANDSCHUTZTECHNISCHE BEMESSUNG Konzept der DIN Konzept nach Schleich Konzept nach Schaumann Vergleich mit eigenem Konzept 7 4 INGENIEURMÄßIGE ANSÄTZE ZUR FESTLEGUNG VON BRANDSZENARIEN Allgemeines Einflüsse auf den zeitlichen Verlauf der Energiefreisetzungsrate Brandlast Ventilationsbedingungen Umfassungsbauteile Anlagentechnische Brandschutzmaßnahmen Allgemeines Automatische Brandmeldeanlagen Sprinkleranlagen Gaslöschanlagen Rauch- und Wärmeabzüge (RWA) Abwehrende Brandschutzmaßnahmen Anerkannte Werkfeuerwehr Öffentliche Feuerwehr Verknüpfung der Einflüsse auf das Brandszenario 25 5 PHYSIKALISCHE MODELLE ZUR BESCHREIBUNG DER BRANDBEANSPRUCHUNG Allgemeines 27

3 M. Dehne 5.2 Plumemodelle für die Beschreibung von Temperaturen im Brandnahbereich Allgemeines Bauteil befindet sich in der Kaltgasschicht (Fall I) Bauteil befindet sich in der Heißgasschicht (Fall II) Bauteil befindet sich direkt im Flammenbereich (Fall III) Ceiling Jet-Modelle Ceiling Jet-Modell I für die Beschreibung der Temperaturen Ceiling Jet-Modell II für die Ermittlung von Auslösezeiten Empirische Gleichungen aus Brandsimulationsrechnungen Mittlere Heißgastemperatur T H Mittlere Kaltgastemperatur T K Grenzflächenhöhe z u Modelle für die Auslegung von Entrauchungsmaßnahmen Modifizierter Ansatz für den Plumemassenstrom Berechnung lokaler Gaskonzentrationen mit Feldmodellen Anwendungsgrenzen der beschriebenen physikalischen Modelle Analytische Ansätze fürplumeund Ceiling Jet Modifizierter Ansatz von Heskestad 47 6 GRUNDLAGEN UND METHODEN ZUR ERMITTLUNG DER VERSAGENSWAHRSCHEINLICHKEIT Allgemeines Zufallsvariablen und Verteilungsfunktionen Das R - S - Modell Nummerische Integration Monte-Carlo-Simulation First and Second Order Reliability Method (FORM/SORM) Stochastische Finite Elemente 61 7 STATISTISCHE AUSWERTUNGEN Allgemeines Häufigkeit gefahrlicher Brände im Industriebau Zuverlässigkeit anlagentechnischer Komponenten 65

4 M. Dehne Sprinkleranlagen CO 2 -Löschanlagen Brandmeldeanlagen Rauch-und Wärmeabzüge Brandentwicklungsdauern (öffentliche Feuerwehr) 69 8 FESTLEGUNG VON ZIELVERSAGENSWAHRSCHEINLICHKEITEN P F Life Quality Index Einordnung der Bemessungssituation in Risikoklassen 80 9 PROBABILISTISCHE UND SEMI-PROBABILISTISCHE BEMESSUNG Zuverlässigkeitsanalyse von Systemen Grundkonzept der probabilistischen Bauteilbemessung Herleitung von Sicherheitselementen Fehlerbäume und Grenzzustände am Beispiel des Industriebaus Allgemeines Brandmeldung Rauch-und Wärmeabzüge Direkte Brandbekämpfung ' Indirekte Brandbekämpfung Bauteilwiderstand Stochastische und logische Modelle am Beispiel des Industriebaus Allgemeines Stochastisches Modell der Zufallsvariablen Korrelationen zwischen Basisvariablen Logisches Modell der Systemkomponenten Berücksichtigung von Modellunsicherheiten Allgemeines Modellunsicherheitsfaktor T) Modellunsicherheitsfaktor v Berechnung von Sicherheitselementen am Beispiel des Industriebaus Validierung der SORM-Berechnungen Validierung der Sicherheitselemente 143

5 M, Dehne 9.10 Ansätze für die probabilistische Bemessung von Entrauchungsmaßnahmen GRUNDLAGEN FÜR DEN ENTWURF EINER BEMESSUNGSNORM Allgemeines : Beschreibung des Verfahrens Grundsätze des Nachweises Charakteristische Werte der Energiefreisetzungsrate Bemessungsenergiefreisetzungsrate ' Physikalische Modelle Brandschutztechnischer Nachweis für Bauteile Angaben für den rechnerischen Nachweis Teilsicherheitsbeiwerte Ys und YR Risikoklassen Annahmen für die Herleitung der Teilsicherheitsbeiwerte VERGLEICH MIT DEM BERECHNUNGSVERFAHREN NACH DIN Allgemeines Beispiel Bemessung mit der semi-probabilistischen Methode Bemessung nach DIN [1]: Beispiel Bemessung mit der semi-probabilistischen Methode Bemessung nach DIN [1]: ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK LITERATURVERZEICHNIS 181 Anhang A Vergleich der Ergebnisse aus CFAST mit den Resultaten des modifizierten Ansatzes nach Heskestad 187 Anhang B Auszüge aus den SORM-Parameterstudien 188 Anhang C Anhang D Zusammenstellung der Brandversuche für die Ermittlung des Modellunsicherheitsfaktors v 196 Auszüge aus den Validierungsberechnungen mit der Monte-Carlo-Methode in Verbindung mit Adaptive Sampling 197 Anhang E Brandentwicklungszeiten t g 198 -IV-

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