Brandschutz im Mauerwerksbau

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1 Brandschutz im Mauerwerksbau DIN EN 1996 Teil 1-2 Tragwerksbemessung für den Brandfall Heißbemessung nach Eurocode 6 Industrieverbände Duisburg Dr. Dieter Figge

2 MBO Fassung 11/ Geändert am 05/2016 MUSTERBAUORDNUNG MBO FASSUNG NOVEMBER 2002* *ZULETZT GEÄNDERT DURCH BESCHLUSS DER BAUMINISTERKONFERENZ VOM Allgemeine Anforderungen (1) Anlagen sind so anzuordnen, zu errichten, zu ändern und instand zu halten, dass die öffentliche Sicherheit und Ordnung, insbesondere Leben, Gesundheit und die natürlichen Lebensgrundlagen, nicht gefährdet werden. (2) Bauprodukte und Bauarten dürfen nur verwendet werden, wenn bei ihrer Verwendung die baulichen Anlagen bei ordnungsgemäßer Instandhaltung während einer dem Zweck entsprechenden angemessenen Zeitdauer die Anforderungen dieses Gesetzes oder aufgrund dieses Gesetzes erfüllen und gebrauchstauglich sind. 14 Brandschutz Bauliche Anlagen sind so anzuordnen, zu errichten, zu ändern und instand zu halten, dass der Entstehung eines Brandes und der Ausbreitung von Feuer und Rauch (Brandausbreitung) vorgebeugt wird und bei einem Brand die Rettung von Menschen und Tieren sowie wirksame Löscharbeiten möglich sind. 2

3 Gebäudeklassen nach MBO Pauschal gilt für alle Landesbauordnungen: Wesentliche tragende und aussteifende Wände, Stützen und Decken zwischen den jeweiligen Nutzeinheiten: Gebäudeklasse 1 keine Anforderung Gebäudeklasse 2 u. 3 feuerhemmend (30 Min) Gebäudeklasse 4 hochfeuerhemmend (60 min) Gebäudeklasse 5 feuerbeständig (90 min) 3

4 Anforderungen der Bauordnungen an tragende Wände und Stützen sowie Trennwände Anforderungen der Bauordnungen an tragende Wände und Stützen sowie Trennwände 4

5 Brandschutzklassen nach DIN mit bauaufsichtlicher Benennung und entspr. Eurokasse Brandschutztechnische Begriffe, Anforderungen und Prüfungen sind in DIN 4102 Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen sowie in DIN EN zur Klassifizierung von Baustoffen und DIN EN 1365 in Verbindung mit DIN EN 1363 für Prüfungen festgelegt. Brandschutzklassen von Baustoffen Baustoffe, z. B. Stahl, Steine, Holz, Dämmstoffe, werden nach ihrem Brandverhalten in Klassen eingeteilt. Ziegel sind nicht brennbar und entsprechen als klassifizierte Baustoffe der Baustoffklasse A1. Brandschutzklassen nach DIN mit bauaufsichtlicher Benennung und entsprechender Eurokasse 5

6 Kalt- und Heißbemessung Kaltbemessung Bemessung und Ausführung von Mauerwerk Statischer Nachweis DIN EN 1996 Teil 1-1 DIN EN 1996 Teil 3 Konstruktion und DIN EN 1996 Teil 2 Ausführung: Heißbemessung Tragwerksbemessung für den Brandfall Statischer Nachweis DIN EN 1996 Teil 1-2 Konstruktion und DIN Ausführung: DIN EN

7 Der Eurocode 6 und die nationale Anhänge des Eurocode 6 DIN 1053 Eurocode 6 32 Seiten 532 Seiten NDP (National Determined Parameter) Möglichkeit: nationale festzulegende Parameter festzulegen: z.b. Sicherheitsbeiwerte, Mindestwanddicke etc. NCI (Noncontradictory Complementary Information) Möglichkeit: zusätzliche jedoch nicht entgegensprechende Angaben zu machen: z.b. Zweischaliges Mauerwerk etc

8 Bemessung und Konstruktion im Mauerwerksbau nach EC 6 - einfach wie bisher? DIN EN /NA (NCI) (NA.3) NCI = contradictory complementary information speziell deutsche, zusätzliche aber nicht widersprechende Angaben zur Anwendung von DIN EN DIN EN /NA 4.1 (NDP) NDP = nationally determined parameters von jedem CEN Mitglied national festzulegende Parameter (Sicherheitsbeiwerte, Mindestwanddicke ) DIN EN /NA (1) Für eine Mauerwerksstatik gilt die statisch konstruktive Regel, dass auf einen rechnerischen Nachweis verzichtet werden kann, wenn die gewählte Wanddicke offensichtlich ausreicht. (Wenn die gewählte Wanddicke offensichtlich ausreicht, darf auf einen rechnerischen Nachweis verzichtet werden) Auf einen Nachweis der räumlichen Steifigkeit kann verzichtet werden, wenn die Geschossdecken als steife Scheibe ausgebildet sind bzw... ausreichend steife Ringbalken vorliegen und wenn in Längs- und Querrichtung des Gebäudes eine offensichtlich ausreichende Anzahl von aussteifenden Wänden vorhanden ist Falls die Konstruktionsdetails des Mauerwerks nicht an anderer Stelle in EN behandelt werden, sollten sie in Übereinstimmung mit der am Ort der Verwendung üblichen Baupraxis und Erfahrung ausgeführt werden. 8

9 Erläuterungen zur Einstufung von Wänden nach DIN EN und DIN Erläuterungen zur Einstufung von Ziegelwänden nach DIN EN und DIN

10 Feuerwiderstandsklassen von Wänden Feuerwiderstandsklasse F nach DIN und entspr. Einstufungen nach DIN EN ; der Zahlenwert gibt die Feuerwiderstandsdauer in Minuten an E bilden Raumabschluss I dürfen keine Wärme durchlassen R müssen tragfähig sein E bilden Raumabschluss I dürfen keine Wärme durchlassen R müssen tragfähig sein Kurzzeichen nach DIN EN / -3: R = Tragfähigkeit (Resistance) E = Raumabschluss (Etancheite) I = Wärmedämmung (Isolation) M = Stoßbeanspruchung W = Begrenzung des Strahlungsdurchtritts i o bzw. i o (Richtung der klassifizierten Feuerwiderstandsdauer 10

11 Nichttragende, raumabschließende Wände (EI) DIN

12 Tragende, raumabschließende Wände (REI) DIN

13 Tragende nichtraumabschließende Wände (R) DIN

14 DIN EN und DIN EN /NA DIN EN und DIN EN /NA 14

15 Heißbemessung nach Eurocode 2 und Eurocode 5 (Beispiele) Bemessung nach EC5 Holzbau Bemessung im kalten Zustand (statische Erfordernis) erforderlich 18/20 cm Bemessung für den Brandfall (Abbrennfaktor) hier: treq 30 min Erforderlich mind. 13,2 / 15,2 cm Bemessung nach EC2 Stahlbetonbau Bemessung im kalten Zustand (statisch erforderlich 35/45 cm) Analyse des Querschnitts und der Bewehrung im Brandfall hier: R 60 15

16 Tabellen nach DIN EN Nicht tragende raumabschließende Wände Tragende raumabschließende Wände Tragende nichtraumabschließende Wände E bilden Raumabschluss I dürfen keine Wärme durchlassen R müssen tragfähig sein E bilden Raumabschluss I dürfen keine Wärme durchlassen R müssen tragfähig sein 16

17 Einflüsse auf den Feuerwiderstand Der Feuerwiderstand von Bauteilen wird nicht allein vom verwendeten Baustoff und der Bauteildicke beeinflusst. Diese Einflussgrößen sind insbesondere: - die Belastung - die Ausnutzung der Tragfähigkeit - die Art der Brandbeanspruchung Feuereinwirkung nur von einer Seite oder mehrseitig) - die Ausführung (z. B. unverputzt oder verputzt) - die Feuerwiderstandsdauer der angrenzenden tragenden oder aussteifenden Bauteile und - die Anschlüsse an diese Bauteile. Mauerwerk nach Eurocode 6 Nachweis für Zulassungsziegel Nachweis für Normziegel α fi α 6,fi α fi = 0,7 entspricht der vollen Tragfähigkeit bei einer Bemessung nach DIN EN /NA bzw. nach allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung mit den Bemessungsregeln nach DIN EN /NA α 6,fi = 0,7 entspricht der im Brandfall maximal zulässigen Beanspruchung eines Mauerwerksbauteils bei einer Bemessung nach DIN EN Der Wert für die volle Ausnutzung beträgt nicht 1,0, da die Einwirkung im Brandfall gegenüber der kalten Bemessung entsprechend abgemindert werden darf; Der Wert wird in den allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen anstelle des Ausnutzungsfaktors α 6,fi verwendet Die maximal zulässige Beanspruchung entspricht in der Regel der vollen Tragfähigkeit bei einer Bemessung nach dem vereinfachten Rechenverfahren der DIN ; Der Wert wird in DIN EN /NA für alle Steinarten verwendet 17

18 Einwirkungen Tabelle: Teilsicherheitsbeiwerte γ F der Einwirkungen für den Nachweis im Grenzzustand der Tragfähigkeit Außenwand Innenwand Kaltbemessung (ungünstige Wirkung) N Ed = Bemessungswert der einwirkenden Normalkraft Heißbemessung (außergewöhnliche Bemessungssituation) N Gk = Charakteristischer Wert der einwirkenden Normalkraft infolge ständiger Lasten (z.b. Eigengewicht): hier - Beispiel 60 kn/m 1, kn/m = 081 kn/m N Qk = Charakteristischer Wert der einwirkenden Normalkraft infolge veränderlicher Lasten (z. B. Nutzlast): hier - Beispiel 140 kn/m 1, kn/m = 210 kn/m N Gk = Charakteristischer Wert der einwirkenden Normalkraft infolge ständiger Lasten (z. B. Eigengewicht): hier - Beispiel 60 kn/m 1, kn/m = 060 kn/m N Qk = Charakteristischer Wert der einwirkenden Normalkraft infolge veränderlicher Lasten (z. B. Nutzlast): hier - Beispiel 140 kn/m 1, kn/m = 140 kn/m N Ed (kalt) 291 kn/m N Ed (heiß) 200 kn/m (N Ed heiß / N Ed kalt = α fi bzw. α 6fi = 0,7 (der Bemessungswert heiß beträgt ca. 70% des Bemessungswertes kalt 18

19 Bemessungsbeispiel Brandschutz 1. Bemessung einer tragende raumabschließende Wand (Einstufung REI) Tragfähigkeit (R) / Raumabschluss (E) / Wärmedämmung (I) 2. Bemessung einer tragende nichtraumabschließende Wand (Einstufung R) 3. Bemessung einer nicht tragenden raumabschließenden Wand (Einstufung EI) 20

20 Nichttragende, raumabschließende Wände (Einstufung EI) (E = Raumabschluss I = Wärmedämmung) Nichttragende, raumabschließende Wände (Einstufung EI) Mindestwanddicke bei α 6,fi = unverputzt verputzt 115 mm 100 mm + Putz 21

21 Tragende, raumabschließende Wände (Einstufung REI) (R = Tragfähigkeit E = Raumabschluss I = Wärmedämmung) gewählt Lochstein SFK 12 / NM III Wand t = 175 mm, h = 2,75 m N Ed = 123 kn/m N Ed = 123 kn/m N Rd = 175 0,85 5,6 0,642 / 1,5 = 357 kn/m N Ed,fi = 0,7 N Ed = 0,7 123 = 86 kn/m α 6,fi = 86 / 357 = 0,24 < 0,42 Mindestwanddicke bei α 6,fi = unverputzt verputzt 140 mm 115 mm + Putz 22

22 Tragende, nichtraumabschließende Wände (Einstufung R) (R = Tragfähigkeit) gewählt Lochstein SFK 12 / NM III Wand t = 175 mm, h = 2,75 m N Ed = 123 kn/m N Ed = 123 kn/m N Rd = 175 0,85 5,6 0,642 / 1,5 = 357 kn/m N Ed,fi = 0,7 N Ed = 0,7 123 = 86 kn/m α 6,fi = 86 / 357 = 0,24 < 0,42 Mindestwanddicke bei α 6,fi = unverputzt verputzt 175 mm 115 mm + Putz 23

23 Ausnutzungsfaktor α fi bei Zulassungsziegeln Alternativ wird in allen bauaufsichtlichen Zulassungen des DIBt vereinfachend der Ausnutzungsfaktor α fi verwendet. Dieser wird ermittelt durch: α fi = N Ed,fi / N Rd und entspricht bei α fi = 0,7 - unter Berücksichtigung des Bemessungswertes der einwirkenden Normalkraft im Brandfall mit N Ed,fi = 0,7 N Ed - der vollen Ausnutzung bei der Kaltbemessung nach DIN EN /NA (Eurocode 6, genaueres Verfahren). Stein-Mörtelkombination: Plan-Hochlochziegel PHLzB 12-0,75 Dünnbettmörtel DM Teilsicherheitsbeiwerte γ F (Einwirkung) Wandgeometrie: Wanddicke: t = 365 mm Wandhöhe: h = 2,75 m 1 / 1,4 = 0,71 α fi 0,7 Parameter aus der statischen Berechnung (DIN EN /NA): Bemessungswert der einwirkenden Normalkraft: N Ed = 157 kn Bemessungswert des Tragwiderstandes: N Rd = 227 kn Erforderliche Parameter für die Brandschutzbemessung: Bemessungswert der Normalkraft im Brandfall: N Ed,fi = 0,7 157 = 110 kn Ausnutzungsfaktor im Brandfall als tragende raumabschließende Wand: α fi = N Ed,fi / N Rd = 110 / 227 = 0,48 0,49 nach Z = F60A bei mind. t 300 mm Wanddicke 24

24 Beispiel: unipor WS10 Coriso 25

25 Holzbau Ermittlung der zul. Scherkraft eines Nagels Nach DIN 1052 (1988) Ermittlung der zul. Scherkraft eines Nagels nach EC 5 26

26 Herzlichen Dank Man muss die Dinge so einfach wie möglich machen. Aber nicht einfacher! (Albert Einstein ) Dr. Dieter Figge Industrieverbände Duisburg