Ingenieurmethoden des Brandschutzes

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1 WÄ Technischer Bericht vfdb TB November 2013 Leitfaden Ingenieurmethoden des Brandschutzes herausgegeben von Dietmar Hosser 3., überarbeitete und ergänzte Auflage November 2013 Technisch-Wissenschaftlicher Beirat (TWB) der Vereinigung zur Förderung des Deutschen Brandschutzes e.v. Postfach 1231, Altenberge (vfdb)

2 INHALTSVERZEICHNIS Seite Vorbemerkung 9 1 Konzept und Anwendung des Leitfadens Konzept und Aufbau Grundsätzliche Vorgehensweise bei der Anwendung Qualitative Analyse Quantitative Analyse Vergleich der Ergebnisse mit den Anforderungen Darstellung und Interpretation der Ergebnisse 15 2 Erfassung des Gebäudes Allgemeines Gebäudestruktur Gebäudeinhalt Brandschutztechnische Infrastruktur Umgebungseinflüsse Nutzer 20 3 Schutzziele, funktionale Anforderungen und Leistungskriterien Allgemeines Zusammenhang zwischen Brandrisiken, Brandszenarien und Schutzzielen Schutzziele Allgemeine Schutzziele Öffentlich-rechtliche Schutzziele und daraus ableitbare funktionale Anforderungen Weitergehende Schutzziele Erfüllung funktionaler Anforderungen durch Einhaltung von Leistungskriterien Definition der Schutzziele durch Technische Regeln Konkrete Anforderungen in den Bauvorschriften Verknüpfung von Schutzzielen, Nachweisen und Leistungskriterien Hinweise zum Sicherheitsniveau bei Nachweisen mit Hilfe des Leitfadens Literatur 35 4 Brandszenarien und Bemessungsbrände Einleitung Bemessungsbrandszenarien Allgemeines Grundsätze zur Identifizierung der maßgeblichen Bemessungsbrandszenarien Bemessungsbrandszenarien für die Benutzbarkeit der Rettungswege Bemessungsbrandszenarien für die Fremdrettung durch die Feuerwehr Bemessungsbrandszenarien für die Brandbekämpfung durch die Feuerwehr Bemessungsbrandszenarien für die Bauteil- bzw. Tragwerksbemessung Brandszenarien zur sachschutztechnischen Risikobewertung Sonderfragen Lokale Brände (Begrenzung der Brandausbreitung) Bemessungsbrände Der Brandverlauf und Grundsätze seiner Modellierung Allgemeines Wärmefreisetzungsrate Bemessungsbrände aufgrund von objektspezifischen Brandversuchen 51 vfdb TB ( ) Leitfaden Ingenieurmethoden des Brandschutzes

3 Bemessungsbrände durch unmittelbare Vorgabe von Brandeinwirkungen Brände einzelner Gegenstände Ansätze für Bemessungsbrände t2-modell für die Brandentwicklungsphase Geometrisches Modell für die Brandentwicklungsphase Umrechnung des t2-modells in das geometrische Modell Beschreibung der Vollbrandphase Normativ geregelte Bemessungsbrände Allgemeines Bemessungsbrände nach der Schwelbrandkurve Bemessungsbrände für die Vollbrandphase Vereinfachtes Naturbrandmodell für die Bauteilbemessung Flashover Objektspezifische Bemessungsbrände für kleine Brandobjekte Wärmestrahlung aus dem Plume und der Heißgasschicht Einfluss von Löschvorgängen auf den Brandverlauf Darstellung der Bemessungsbrände in Programmcodes Literatur 70 Anhang zu Kapitel 4 74 A4.1 Vorbemerkung 74 A4.2 Orientierungswerte für die Festlegung von Bemessungsbränden 75 5 Modelle für die Brandsimulation Kapitelüberblick und Zielsetzung der Brandmodellierung Kapitelüberblick Zielsetzung der Brandmodellierung Überblick über die verfügbaren Brandmodelltypen Einleitung Mathematische Modelle Physikalische Modelle Grundlegende Vorgaben Beschreibung der mathematischen Modelle Allgemeines Empirische Korrelationen Vollbrandmodelle Zonenmodelle Feldmodelle (CFD) Beschreibung der Physikalischen Modelle Allgemeines Der Begriff der Ähnlichkeit Bewegungsgleichungen und abgeleitete Größen Energiegleichungen und abgeleitete Größen Eigenschaften des Plumes und die Archimedeszahl Abbildungsbereich und Abbildungsregeln Hinweise für die Modellierung, Modellmaßstab und Modellgestaltung Besonderheiten bei einzelnen Modelltypen Der maßstäblich verkleinerte Brand mit identischer Temperaturabbildung Versuche im Maßstab 1:1 (Objektgebundene Versuche) Besonderheiten bei Windkanaluntersuchungen 115 4/419 Leitfaden Ingenieurmethoden des Brandschutzes vfdb TB ( )

4 5.4.7 Durchgeführte Originalbrandversuche und ihre Modellierung Zusammenfassung Kriterien für die Modellbewertung Allgemeines Typische Anwendungsfälle und Vergleichsrechnungen Vorbemerkungen Plume-Temperatur und Ceiling-Jet Beispiele und Experimente für Vergleichsrechnungen Modellanwendung Auswahl der Szenarien Auswahl des Modelltyps Darstellung besonderer Bemessungsbrände in den mathematischen Modellen Punkt- und Flächenquellen Räumlich ausgedehnte Brände Volumenquellen Thermikstrahlen Vereinfachter Ansatz zur Verbrennungsmodellierung Interpretation der Ergebnisse Anforderungen an die Dokumentation Literatur 141 Anhang zu Kapitel A5.1 Verbrennungsmodelle 146 A5.1.1 Allgemeines 146 A5.1.2 Pyrolyse brennbarer Stoffe 147 A5.1.3 Brandentstehung: Zündenergie und Zündinitial 148 A5.2 Modellierung der Flammen und des Rauchgasplumes 149 A5.2.1 Allgemeines 149 A5.2.2 CeilingJet 152 A5.2.3 Plume-Temperaturen Brandschutztechnische Nachweise von Bauteilen und Tragwerken Einleitung Nachweise nach den Brandschutzteilen der Eurocodes Allgemeines Nationale Anhänge (NA) Bauaufsichtliche Einführung Tabellarische Bemessungsverfahren Vereinfachte Rechenverfahren Allgemeine Rechenverfahren Allgemeines Einwirkungen für die Temperaturberechnung Thermische Analyse Mechanische Einwirkungen Mechanische Analyse Versagenskriterien Abnehmende Bauteiltemperaturen Hochfester Beton Hochfester Bewehrungsstahl Hochfester Baustahl 198 vfdb TB ( ) Leitfaden Ingenieurmethoden des Brandschutzes 5/419

5 6.3 Betonabplatzungen Anwendungshilfen Allgemeines Eurocode 2 Teil Eurocode 3 Teil Eurocode 4 Teil Eurocode 5 Teil Beurteilung von Rechenverfahren und Prüfung der Nachweise Allgemeines Programmverifikation Validierung Testen durch Eichbeispiele Grenzabweichungen Beispielsammlung im Nationalen Anhang Nachweise nach DIN 4102 Teil 4 (Restnorm) Allgemeines Inhalt der Restnorm Industriebau Nachweis nach DIN Teil Nachweis nach DIN Teil Zusammenfassung Literatur Anlagentechnischer und abwehrender Brandschutz Allgemeines Brandmeldeanlagen Arten von automatischen Brandmeldeanlagen Wirkung von Brandmeldeanlagen auf das Brandszenario Zuverlässigkeit von Brandmeldeanlagen Kompensation baulicher Brandschutzmaßnahmen durch Brandmeldeanlagen Löschanlagen Arten von Löschanlagen Wirkung von Löschanlagen auf das Brandszenario Zuverlässigkeit von Löschanlagen Kompensation baulicher Brandschutzmaßnahmen durch Löschanlagen Rauch- und Wärmeabzugsanlagen Allgemeines Wirkung von Rauch- und Wärmeabzügen Zuverlässigkeit von RWA Kompensation baulicher Brandschutzmaßnahmen durch RWA Abwehrender Brandschutz Wirkung von Löscharbeiten auf das Brandszenario Allgemeines Hilfsfrist Eingreifzeit Vereinfachtes Löschmodell Zuverlässigkeit von Löschmaßnahmen Kompensation baulicher Brandschutzmaßnahmen durch besonders wirksame Löschmaßnahmen Literatur 245 6/419 Leitfaden Ingenieurmethoden des Brandschutzes vfdb TB ( )

6 8 Personensicherheit in Rettungswegen Nachweiskriterien für die Personensicherheit Lichttrübende Wirkung des Rauches Erkennungsweite von Sicherheitszeichen Die toxische Wirkung von Brandgasen Die thermische Wirkung von Rauchgasen Anhaltswerte zur Beurteilung der Personensicherheit Rauchausbeuten 8.8 Literatur Personenstromanalyse mit rechnerischen Nachweisverfahren Einleitung Berechnung von Räumungszeiten Reaktionszeiten Personenstrommodelle Abschätzung von Räumungszeiten durch Handrechnungen Dynamische Strömungsmodelle und Netzwerkmodelle Individualmodelle Modellauswahl und Anwendungsgrundsätze Validierung Verhaltensaspekte Wahl des Fluchtweges Verhalten bei unmittelbarer Gefahr Personenzahl Literatur Risikomethoden und Sicherheitskonzept Allgemeines Semi-quantitative Risikomethoden Einführung Index-Methode Ermittlung von Wertigkeiten Fiktives Anwendungsbeispiel Quantitative Risikomethoden Einführung Ereignisbaumanalyse Durchführung einer quantitativen Risikoanalyse Sicherheitskonzept für den konstruktiven Brandschutz Voraussetzungen und Grundlagen Auftretenswahrscheinlichkeit eines Schadenfeuers Erforderliche Zuverlässigkeit der Konstruktion im Brandfall Teilsicherheitsbeiwerte für die Brandschutzbemessung der Konstruktion Berücksichtigung unterschiedlicher Brandszenarien Sicherheitskonzept für Nachweise der Entfluchtung im Brandfall Grundlagen für leistungsorientierte Nachweise Brand- und Entfluchtungssimulation Leistungskriterien Hierarchiemodell für Entfluchtungsnachweise Bemessungsbrandszenarien und Bemessungsbrände Probabilistischer Ansatz 318 vfdb TB ( ) Leitfaden Ingenieurmethoden des Brandschutzes 7/419

7 Beurteilung Inhaltsverzeichnis Beispiel für Nachweise der Ebene IIb (einfache Modelle) Einfluss von Brandschutzsystemen am Beispiel einer BMA Beispiel für Nachweise der Ebene III (komplexe Modelle) Leistungskriterien und Zuverlässigkeitsanforderungen Ausblick Literatur 327 Anhang 1 Begriffe, Symbole und Einheiten 331 A1.1 Begriffserläuterungen 331 A1.2 Symbole und Einheiten 338 Anhang 2 Anwendungsbeispiel 347 A2.1 Einleitung 347 A2.2 Schutzinteressen und Schutzziele 350 A2.3 Brandszenarien und Bemessungsbrände 351 A2.3.1 Allgemeines 351 A2.3.2 Bemessungsbrandszenario 1 Beurteilung der Tragkonstruktion A Vorgehensweise 351 A Auftretenswahrscheinlichkeit eines Schadenfeuers 352 A2.3.3 Bemessungsbrandszenario 2 - der Entfluchtung des Hörsaals 361 A Vorgehensweise 362 A Erforderliche Zuverlässigkeit für den Nachweis der Entfluchtung im Brandfall 362 A Sicherheitsbeiwerte für den Nachweis der Entfluchtung im Brandfall 363 A2.4 Ermittlung der Brandwirkungen für die Tragwerksbemessung 364 A2.4.1 Fragestellungen 364 A2.4.2 Auswahl des Modelltyp 365 A2.4.3 Durchgeführte Berechnungen 368 A2.4.4 Ausgewählte Ergebnisse 369 A2.4.5 Fazit zur Ermittlung der Brandwirkungen 371 A2.5 Brandschutzbemessung der Konstruktion 371 A2.5.1 Tragwerk und Einwirkungen 371 A2.5.2 Materialgesetze 376 A2.5.3 A2.5.4 Bemessung der Konstruktion mit dem vereinfachten Rechenverfahren nach Eurocode 3 Teil Bemessung der Konstruktion mit dem allgemeinen Rechenverfahren nach Eurocode 3 Teil A Ermittlung der Bauteiltemperaturen 386 A Tragwerksanalyse 389 A2.6 Nachweise der Personensicherheit 395 A2.6.1 Zielsetzung 395 A2.6.2 Kriterien zum Nachweis der Schutzzielerfüllung 395 A2.6.3 Brandszenarien und Simulation 396 A2.6.4 Modellierung des Entfluchtungsverlaufs 399 A Auslegungsgrundlagen 399 A Vorgehensweise 401 A Berechnung der Fluchtzeiten 402 A Ergebnisvergleich 415 A2.5.4 Schlussbetrachtung 416 A2.6 Literatur zu Anhang /419 Leitfaden Ingenieurmethoden des Brandschutzes vfdb TB ( )