Brandschutznachweise von Bauteilen - Heißbemessung

Brandschutznachweise von Bauteilen - Heißbemessung Niederlassungsleiter Hamburg hhpberlin Ingenieure Ingenieure für Brandschutz für GmbH GmbH Inhalt - Problemstellung und klassischer Nachweis nach DIN 412-4 - Brandschutzteile der - Nachweisverfahren - DIN EN 1991-1-2 und Nationaler Anhang - Naturbrandmodelle - Verfahren nach NA Anhang AA und Anhang C - Sicherheitskonzept nach NA Anhang BB Ausführungsbeispiele Zusammenfassung und Fazit hhpberlin Das Unternehmen Kompetenzen hhpberlin wurde im Jahr 2 gegründet und ist Brandschutz aus einer Hand, vom ersten Konzept bis zur schlüsselfertigen Übergabe, vom Geschäftshaus bis zum Fußballstadion, deutschlandweit und international, ein Team von mehr als 8 Mitarbeitern, öffentlich bestellte und vereidigte Sachverständige, Ingenieure, Architekten und Physikern, zahlreiche freie Mitarbeiter und strategische Partner, in Berlin, München, Hamburg und Frankfurt am Main Der Berliner Hauptbahnhof Die Geschäftsführung von hhpberlin Margot Ehrlicher, Karsten Foth und Stefan Truthän Brandschutz- Ingenieur- Bau- Brandschutzkonzepte methoden begleitung dokumente hhpberlin steht für kompetenten Brandschutz aus einer Hand und bietet keinen Brandschutz von der Stange. Unkonventionelle Brandschutzlösungen, statt Standardgutachten Intensive Kundenbetreuung und individuelle Problemanalyse Langjährige Erfahrung im Brandschutz Vertrauensverhältnis zu genehmigenden Behörden - Akzeptanz maßgeschneiderte Brandschutznachweise und unkomplizierte Baugenehmigungen Referenzen Referenzen Heißbemessung Jährlich mehr als 1 Projekte Projekte in ganz Deutschland sowie Auslandsprojekte in Russland, China, Italien, Schweiz, Ungarn und Vietnam Lehrter Bahnhof, Berlin Bundeskanzleramt, Berlin Color Line Arena, Hamburg Allianz Arena, München Flughafen BBI, Berlin Erweiterung A-West Flughafen Frankfurt/M NAH Hanoi, Vietnam Bundeskanzleramt, Berlin Hauptbahnhof, Berlin Allianz Arena, München Alstertal Einkaufszentrum, Hamburg (Parkgaragendeck), Lehrter Bahnhof Berlin Eurobahnhof, Saarbrücken (Stahlbetondecken), National Convention Centre, Hanoi (Dachtragwerk), Flughafen Berlin-Brandenburg BBI (Dachtragwerk Terminal), Boulevard Berlin, Berlin (Parkgaragendeck), Bahnhof Ostkreuz, Berlin (Bahnsteig- und Gleisbrückenkonstruktion), City-Tunnel, Leipzig (Fassadenkonstruktion), Volksbank Arena, Hamburg (Dachtragwerk, Stahlfachwerkträger), Bürogebäude Adidas LACES, Herzogenaurach (Stahlfachwerkträger) 1

Temperatur [ C] Brandschutzbemessung in der Praxis Regelungen im Baurecht (LBauO, SonderbauVO, ) Bauaufsichtlich verankerte Schutzziele Schutzziele des Brandschutzes Übliche Vorgehensweise: Erfüllung Schutzziele präskriptiv Traditionelle (präskriptive) Brandschutzbemessung - Konkrete materielle Anforderungen in den BauO bzw. SonderbauVO - Bemessung der Bauteile für ETK nach DIN 412-4 / DIN 412-22 - VORTEIL: Einfache Bemessung (Bemessungstabellen) - NACHTEIL: Häufig konservativer Nachweis Präskriptive Bemessung Materielle Anforderungen nach Bauordnungen und Richtlinien Schutzzielorientierte Vorgehensweise Leistungorientierte Vorgehensweise - ganzheitliches Brandschutzkonzept - Anwendung von Ingenieurmethoden => Optimierung des Brandschutzes Materielle Anforderungen in den BauO Präskriptive Brandschutzbemessung F 3 bei Gebäuden geringer Höhe Stringente Vorgaben für Feuerwiderstand der Bauteile in den BauO F 6 bei Gebäuden mittlerer Höhe F 9 bei hohen Gebäuden und Sonderbauten Bei Normbemessung i. d. R. kostenintensive Bekleidung erforderlich 12 1 8 6 4 natürliche Brände Einheitstemperaturzeitkurve (ETK) - Höhere Anforderungen mit wachsender Gebäudehöhe - Standsicherheit ist wesentliche Voraussetzung für Erfüllung der anderen Schutzziele - Wenn andere Schutzziele nicht erfüllt => Standsicherheit nicht unbedingt gefährdet - Weitergehende Schutzinteressen 2 (kein Totalabriss => Sanierung nach Brand muss möglich sein) 15 3 45 6 75 9 9 Planungsverfahren festgelegte Vorgaben (thermische Einwirkungen durch nominelle Brandkurven) Nachweis Erfüllung der Schutzziele Präskriptiver Nachweis: - Bei Einhaltung der materiellen Anforderungen in den BauO werden Schutzziele erreicht Leistungsorientierter Nachweis: - Schutzziele müssen konkretisiert werden - Nachweis muss quantitativ geführt werden - Nachweis mit Ingenieurmethoden (z. B. ) - Ganzheitliches Brandschutzkonzept erforderlich Tabellierte Werte Analyse eines Bauteils Bestimmung der mechanischen Einwirkungen und Randbedingungen Leistungsorientierte Brandschutzbemessung nach Eurocode Analyse eines Bauteils Bestimmung der mechanischen Einwirkungen und Randbedingungen Analyse eines Teils des Bauwerks Bestimmung der mechanischen Einwirkungen und Randbedingungen leistungsabhängige Festlegungen (physikalisch bedingte thermische Einwirkungen) Wahl vereinfachter oder genauer Modelle zur Brandentwicklung Analyse eines Teils des Bauwerks Bestimmung der mechanischen Einwirkungen und Randbedingungen vereinfachte allgemeine vereinfachte (falls verfügbar) allgemeine Analyse des gesamten Bauwerks Wahl der mechanischen Einwirkungen allgemeine Analyse des gesamten Bauwerks Wahl der mechanischen Einwirkungen Leistungsorientierter Nachweis und Ingenieurmethoden bilden eine Symbiose. vereinfachte (falls verfügbar) allgemeine allgemeine allgemeine 2

Bisherige Brandschutzbemessung DIN 412 historisch Brandschutzanforderungen im Baurecht Bisher Brandschutztechnische Nachweise von Bauteilen nach DIN 412-4 Grundlage der DIN 412 ist die Einheitstemperaturzeitkurve Nachweise in DIN 412-4 sind i. d. R. aus Brandversuchen abgeleitet DIN 412-4 letzte Novellierung März 1994 Künftige Regelungen: Brandschutzteile der DIN 412-4 3/1994 Brandversuchsstand Inhalt Brandversuchsstand für Deckenprüfungen Specimen - Problemstellung und klassischer Nachweis nach DIN 412-4 - Brandschutzteile der - Nachweisverfahren - DIN EN 1991-1-2 und Nationaler Anhang - Naturbrandmodelle - Verfahren nach NA Anhang AA und Anhang C - Sicherheitskonzept nach NA Anhang BB Ausführungsbeispiele Zusammenfassung und Fazit 3

h h h Eurocode-Brandschutzteile Nachweiskonzept der EC-x-1-2 DIN EN 1991-1-2 Eurocode 1 - Grundlagen und Einwirkungen Nachweisverfahren in 3 Stufen: DIN EN 1992-1-2 DIN EN 1993-1-2 DIN EN 1994-1-2 DIN EN 1995-1-2 DIN EN 1996-1-2 Eurocode 2 - Stahlbeton- und Spannbetontragwerke Eurocode 3 - Stahlbauten Eurocode 4 - Verbundtragwerke aus Stahl und Beton Eurocode 5 - Holzbauten Eurocode 6 - Mauerwerksbauten DIN EN 1992-1-2 bis 1995-1-2 im Vergleich zu Vornormen prinzipiell unverändert Stufe 1: Tabellarische Daten - Einzelbauteile - Mindestabmessungen usw. analog DIN 412 Teil 4 Stufe 2: Vereinfachte Rechenverfahren Einzelbauteile - ingenieurmäßige Nachweise für die Praxis Stufe 3: Allgemeine Rechenverfahren - Teiltragwerke, Gesamttragwerk - exakte rechnerische Brandsimulation für beliebige Temperaturbeanspruchung Stufe 1 Tabellarische Daten a > a min? Überprüfung der Querschnittsabmessungen und Achsabstände ähnlich wie in DIN 412-4 b > b min? Stufe 2 Vereinfachtes Rechenverfahren Temperaturabhängige Querschnittsverkleinerung Anwendung für Einzelbauteile Ingenieurmäßige Nachweise für die Praxis Temperaturabhängige Verkleinerung des Betonquerschnitts a z 1 k c (Q ) für Beton Temperaturabhängige Reduktion der Festigkeit des Betons und Betonstahls Tragfähigkeitsberechnung nach Plastizitätstheorie mit reduziertem Querschnitt a z => wie bei Bemessung für Gebrauchslasten a z b a z b/2 w w w b/2 4

bez. Spannung s(t) / fyk sc (Q ) / fc(2 C) h z h' y Tragfähigkeitsberechnung Stufe 3 Allgemeines Rechenverfahren F c,fi (t) = y b' k c (Q c ) f ck Thermische Analyse Ermittlung des Wärmestroms auf die Bauteile infolge der Temperaturbeanspruchung Berechnung der Temperaturverteilung im Querschnitt a z b' b a z a z Nachweisgleichung: R d,fi (t) = F s,fi (t) z M sd,fi = E d,fi F s,fi (t) = A s k s (Q s ) f yk Mechanische Analyse Gleichgewichtszustand im Querschnitt thermische Dehnung Eigenspannungen Gleichgewichtszustand für das Tragsystem Zwangspannungen geometrische Imperfektionen (Theorie II. Ordnung) s T 1 T 2 T 3 e Temperaturabhängige Materialeigenschaften Beton thermisch mechanisch 1 2 C 1 2.8 3 Thermische Analyse T T T T ''' Wärmeleitung c p ( x ) ( y ) ( z ) q t x x y y z z.6 4 5.4 6.2 7..5 1. 1.5 2. 2.5 3. Dehnung [%] Mechanische Analyse Mechanische Analyse Temperatur es e e th 2 4 6 1.2 Temperatur [ C] 1 2 C.8 4 C.6.4 6 C.2 8 C.4.8.12.16.2 Dehnung [-] -.4.4.8 Dehnung [-] es e e th 5

Temperatur [ C].. Temperatur [ C] Inhalt - Problemstellung und klassischer Nachweis nach DIN 412-4 - Brandschutzteile der - Nachweisverfahren - DIN EN 1991-1-2 und Nationaler Anhang - Naturbrandmodelle - Verfahren nach NA Anhang AA und Anhang C - Sicherheitskonzept nach NA Anhang BB Ausführungsbeispiele Zusammenfassung und Fazit DIN EN 1991-1-2 Neuheit für Eurocode 1 Teil 1-2: Im NA werden die grundsätzlich erlaubt! DIN EN 1991-1-2 Thermische Einwirkungen Hauptteil - Allgemeines - Verfahren zur Tragwerksbemessung im Brandfall - Thermische Einwirkungen für die Temperaturberechnung - Mechanische Einwirkungen für die Tragfähigkeitsberechnung Anhänge - Parametrische Temperaturzeitkurven - Thermische Einwirkungen auf außenliegende Bauteile - Lokale Brände - Erweiterte Brandmodelle - Brandlastdichten - Äquivalente Branddauer - Konfigurationsfaktor Nominelle Temperaturzeitkurven - Einheitstemperaturzeitkurve - Außenbrandkurve - Hydrocarbonkurve Vereinfachte Naturbrandmodelle Allgemeine Naturbrandmodelle 12 Hydrokarbonkurve 1 Einheitstemperaturzeitkurve 8 6 Externe Brandkurve 4 2 3 6 9 12 15 18 Vereinfachte Naturbrandmodelle Basieren auf bestimmten physikalischen Größen, die nur in bestimmten Grenzen angewendet werden können. Für Vollbrände wird eine gleichmäßige zeitabhängige Temperaturverteilung angenommen. Eingangsparameter - Brandlastdichte - Raumgeometrie - Ventilationsöffnungen T = (T 2-T 1)((t-t 1)/(t 2-t 1)) 1/2 +T 1 für t 1 < t <= t 2 (t 2;T 2) T = (T 3-T 2)((t-t 2)/(t 3-t 2)) 1/2 +T 2 für t > t 2 (t 1;T 1) (t 3;T 3) T= (T 1-T )/t 1² t² +T für t 1 <= t (t ;T ) Parametrische Kurven nach DIN EN 1991-1-2 Anhang A Nachteile - Brandentstehungsphase wird nicht berücksichtigt - liefern gleichförmige Temperaturverteilung - sehr viele Fallunterscheidungen erforderlich => nicht anwenderfreundlich - für ventilationsgesteuerte Brände abgeleitet worden (brandlastgesteuerte Brände werden stark vereinfacht berücksichtigt) - nicht kongruent zum Bemessungsbrand (Energiefreisetzungsrate) => Anwendung im NA für Deutschland verboten Bereich 1 Bereich 2 Bereich 3 6

Temperatur [ C] Energiefreisetzungsrate [MW] Widerspruch zwischen DIN EN 1991-1-2 Anhang A und Anhang E Beispiel Versuch BRE No. 2 (NFSC 2 ) 12 1 8 6 4 2 Temperatur Versuch Temperatur EN 1991 Energiefreisetzung EN 1991 4 3 2 1 O =,1 m,5 ; b = 8 J/(m²s,5 K); q = 4 kg/m²; A f = 144 m² Allgemeine Naturbrandmodelle Ein-Zonenmodelle Mehr-Zonenmodelle Feldmodelle (CFD-Modelle) 1 2 3 4 5 6 Naturbrandmodelle Anwendungsbereich von Naturbrandmodellen Vereinfachte Modelle gering Plume-Modelle, z.b. HESKESTAD, THOMAS/HINKLEY Aufwand Allgemeine Modelle hoch CFD-Modelle, z.b. FDS, CFX, COBRA, FLUENT Voll entwickelte Brände (Raumbrände, Brände in Nutzungseinheiten) Lokale Brände (z. B. Plume-Modelle) für Atrien, große Hallen, Freibrände Externe Brände (Außenbrände, Fassade) Zonen-Modelle, z.b. CFAST, MRFC, FIGARO DIN EN 1991-1-2 Anhänge Nationaler Anhang zu DIN EN 1991-1-2 Anhänge - Parametrische Temperaturzeitkurven => im NA nicht zugelassen, Ersatz Anhang AA im NA - Thermische Einwirkungen auf außenliegende Bauteile - Lokale Brände - Erweiterte Brandmodelle - Brandlastdichten => im NA nicht zugelassen, Ersatz Anhang BB im NA - Äquivalente Branddauer => im NA nicht zugelassen, kein Ersatz (für Industriebau gilt DIN 1823-1) - Konfigurationsfaktor Voraussichtliche Veröffentlichung Mai 21 National festgelegte Parameter Anhänge - Anhang AA Parametrische Tempertaturzeitkurven (normativ) - Anhang BB Eingangsdaten für die Anwendung von Naturbrandmodellen (normativ) - Anhang CC Prüfung und Validierung von Rechenprogramm für Brandschutznachweise mittels allgemeiner Rechenverfahren (informativ) 7

Temperatur [ C] Energiefreisetzungsrate [MW] Temperatur [ C] Brandlast Ventilation Brandraum Wärmefreisetzungsrate Material Masse Ort im Brandraum Stapeldichte Öffnungsfläche und - höhe Zwangsluftzufuhr Entlüftung Geometrie thermische Eigenschaften der umgebenden Bauteile Q max MIN Q max,v ; Qmax,f 7% der Brandlast verbrannt 12 1 8 1 MJ/m² 5 MJ/m² 9 MJ/m² 13 MJ/m² 2 t Q(t) Q t g 6 ETK 4 2 15 3 45 6 75 9 15 12 135 15 165 18 Entwicklungsphase Vollbrandphase Abklingphase t 1 t 2 t 3 Vereinfachtes Modell für Vollbrände Korrelation des zeitlichen Verlaufs Parametr. Temperaturzeitkurven nach NA Anhang AA T 2 T 1 T 3 Heißgastemperaturzeitkurve Wärmefreisetzungsrate t 1 t 2 t 3 Lokale Brände Verfahren nach DIN EN 1991-1-2 Anhang C Verfahren nach Heskestad/Hasemi Flammen erreichen nicht die Decke Plumeformeln nach Heskestad Randbedingungen - lokaler Brand - Räume > 4 m² - Wärmefreisetzungsrate < 5 MW - D <= 1 m - Brandlastdichte >= 25 kw/m² 8

Flammen erreichen die Decke Hasemi-Korrelationen Sicherheitskonzept - Der Eurocode (DIN EN 1991-1-2) lässt für die Bemessung auch Naturbrände zu aber: viele europäische Länder haben aufgrund von Mängeln im Sicherheitskonzept nach DIN EN 1991-1-2 Anhang E die abgelehnt - Entwicklung eines neuen Sicherheitskonzepts am ibmb der TU Braunschweig - Berücksichtigung anlagentechnischer Maßnahmen möglich - Implementierung des Sicherheitskonzeptes in NA Anhang BB brandschutztechnische Nachweise mit Naturbrandbeanspruchung künftig zulässig Sicherheitskonzept Sicherheitskonzept Ziel: Bemessungswerte für Brandlastdichte q und Wärmefreisetzung HHR - 9 % Fraktilwerte und Teilsicherheitfaktor γ fi Festlegung der Zielversagenswahrscheinlichkeit p f - In Abhängigkeit von Nutzung und Folgen des Brandes entsprechend des Eurocode 1 Ermittlung einer bedingten Versagenswahrscheinlichkeit p f,fi im Brandfall - In Abhängigkeit der Eintretenswahrscheinlichkeit p 1 eines Brandes in der Nutzungseinheit (aus Tabellen) und der Ausfallwahrscheinlichkeit von abwehrenden und anlagentechnischen Maßnahmen p 2 und p 3 Bestimmung der erf. Zuverlässigkeit im Brandfall Sicherheitskonzept Kleine Faktoren p 2 und p 3 reduzieren β fi, damit γ fi und die Bauteilanforderungen Nationaler Anhang Anhang BB Faktoren p 2 und p 3 für voneinander unabhängige Maßnahmen Voneinander abhängige Maßnahmen (BMA, RWA) verlangen weitergehende Absicherung und zusätzliche Untersuchungen Inhalt - Problemstellung und klassischer Nachweis nach DIN 412-4 - Brandschutzteile der - Nachweisverfahren - DIN EN 1991-1-2 und Nationaler Anhang - Naturbrandmodelle - Verfahren nach NA Anhang AA und Anhang C - Sicherheitskonzept nach NA Anhang BB Ausführungsbeispiele Zusammenfassung und Fazit 9

Moment [knm] Temperatur [ C] vertikale Verformung [m] Temperatur [ C] Energiefreisetzungsrate [MW] Ausführungsbeispiele Ausführungsbeispiel - Eurobahnhof Eurobahnhof Saarbrücken Anwendung Vereinfachtes Naturbrandmodell nach NA Anhang AA farm3.static. flickr.com farm3.static.flickr.com Ausführungsbeispiel - Eurobahnhof Raumgeometrie Decke Büro Pos. 7.3 Ausführungsbeispiel - Eurobahnhof Energiefreisetzungsrate / Temperaturzeitverlauf 2 C 18 16 14 B A 12 1 8 6 4 2 1 2 3 4 5 6 7 1 8 6 4 9 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Ausführungsbeispiel - Eurobahnhof Temperaturverteilung Ausführungsbeispiel - Eurobahnhof Durchbiegung und Momentenverlauf 9 -.2 8 7 6 3 cm 2 25 cm 2 5 8 cm 2,8 cm -.4 -.6 -.8 -.1 -.12 1 2 6 3 5 5 4 3 cm 2,8 cm 25, cm 3, cm Heißgastemp -.14 -.16 -.18 -.2 4 x [m] 1 8 6 4 2 M sd,fi,feld M Rd,fi,Fel d 2 1-2 1 2 3 4 5 6-4 1 2 3 4 5 6 7 8 9-6 -8 M Rd,fi,Stütze -1 M sd,fi,stütze 1

RHR [MW] Ausführungsbeispiel - BBI Flughafen Berlin-Brandenburg International BBI Anwendung Vereinfachtes Naturbrandmodell nach DIN EN 1991-1-2 Anhang C Ausführungsbeispiel - BBI Stützen Terminalhalle gmp Architekten, JSK International, Visualisierung: Archimation / Berliner Flughäfen gmp Architekten, JSK International, Visualisierung: Archimation / Berliner Flughäfen Ausführungsbeispiel - BBI Ausführungsbeispiel - BBI Bemessungs-Brandszenario & Bemessungsbrand Brandszenario Ticketschalter Gepäckansammlung Abdeckender Bemessungsbrand mit max. 6 MW Brandfläche 24 m², RHR f,a = 25 kw/m² 7 6 5 4 Q [MW] Q [MW] Brandschutzbemessung Zwei maßgebliche Bauteilquerschnitte H =,83 m (oberhalb Lasteinleitungssteifen) m =,32 => T crit = 654 C H =,6 m (Bereich Lasteinleitungssteifen) m =,25 => T crit = 691 C Feuerwehreingriff nach 2 Minuten 3 2 1 5 1 15 2 Zeit [s] Ausführungsbeispiel - BBI Temperaturzeitverlauf nach Heskestad (EC 1-1-2 Anhang C) Ausführungsbeispiel - BBI Thermische Analyse Stütze H =,6 m T vorh = 688 C < 691 C = T crit 11

RHR [MW] Ausführungsbeispiel - BBI Thermische Analyse Stütze H =,83 m Garage Alstertal-Einkaufszentrum in Hamburg Anwendung Allgemeines Naturbrandmodell und Allgemeines Rechenverfahren T vorh = 639 C < 654 C = T crit Problemstellung Tragwerk Garage AEZ wird als offene Garage auf Verkaufsstätte errichtet Bauaufsicht forderte F 6 Bauaufsicht stimmt Abweichung zu, wenn ingenieurmäßiger Nachweis geführt wird Konzept - Stützen, Aussteifungen und Zugbänder werden in F 6 ausgeführt - Träger werden in F 3 (DSB) ausgeführt. Nachweis durch ingenieurmäßige Methoden (Berechnung des tatsächlichen Trag- und Verformungsverhaltens der Konstruktion unter Brandbeanspruchung) Beantragung Zustimmung der obersten Bauzaufsichtsbehörde für Anwendung allgem. Berechnungsverfahren Prüfung CFD-Simulation durch ABH Prüfung (thermische) und mechanische Analyse durch Prüfingenieur Vorgehensweise beim Nachweis Betrachtung des Brandrisikos für Rettungswege und Standsicherheit Brandszenario und Bemessungsbrand (mit Bauaufsicht und Feuerwehr abgestimmt) Temperaturentwicklung bei Brand von PKW s - CFD-Simulation FDS Erwärmung des Tragwerks (thermische Analyse) - Eurocode 1 Teil 1-2 - FE-Modell ANSYS Trag- und Verformungsverhalten des Tragwerks (mechanische Analyse) - Eurocode 3 Teil 1-2 bzw. Eurocode 4 Teil 1-2 - FE-Modell ANSYS Erfahrungen (Brandversuche) PKW-Brände in Garagen Energiefreisetzungsrate Abbrand eines PKW Literatur Art Anzahl Abstand Zeitpunkt Max. Energiefreisetzung Gesamte Typ -stelle brennender Fahrzeuge Feuerüber- Tempe- Energie Garage Kfz [cm] schlag ratur [ C] [MW] [GJ] [min] vfdb4/97 Realbrand/ 3 5 8 1 65 (HG) ca. 7, MW - geschl. 95 (Pl) für 3 Kfz Sim. vfdb4/ Versuch 2 4-8 12-57 7-78 3,7 4,6 MW 3,1-8, geschl. 2 (HG) pro Kfz 95-1 (Pl) 9 [5] Simulation 3-1 ca. 14,5 MW 6,-9,5 geschl. für 4 Kfz [4] Versuch 3 - - 65-85 3,-6, MW - offen [1] Versuch 1-15 65-8 ca. 2 MW 3,-3,9 offen Energiefreisetzung abhängig von Art des PKW Versuche: 2, MW < RHR < 6, MW Österr. Bemessungskurve (Prof. Schneider): 3,8 MW Abstimmung: Abbrand mehrerer PKW Max. Energiefreisetzungsrate pro PKW 4,5 MW Energiefreisetzungsrate von 1 PKW 5 4.5 4 RHR [MW] 3.5 3 2.5 2 1.5 1.5 5 1 15 2 25 3 35 4 45 12

Temperatur [ C] Temperatur [ C] 8 7 6 5 4 3 2 1 Naturbrand Gurt Oben DSB Steg Mitte DSB Gurt Unten DSB Gurt Oben ungesch. Steg Mitte ungesch. Gurt Unten ungesch.. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Temperatur [ C] Naturbrand Gurt Oben DSB Steg Mitte DSB Gurt Unten DSB Gurt Oben ungesch. Steg Mitte ungesch. Gurt Unten ungesch. Brandszenario Angesetzter Bemessungsbrand Konservatives Szenario Vorgabe der Feuerwehr - Anzahl brennender PKW 27 Stück; Literatur max. 6 in geschlossener Garage - Energiefreisetzung 4,5 MW über 4 min; Literatur 2-6 MW über 25-4 min - Feuerüberschlagszeitpunkt 5 min; Literatur 12 bis > 3 min - Höhe Garage 3,5 m; üblich bei Tiefgaragen 2,2 m 3, m - Abstand PKW s 7 9 cm; Literatur Feuerüberschlag bei < 8 cm Temperaturentwicklung in der Garage Erwärmung Träger ungeschützt und mit F 3-DSB HT_s29r IPE 6 1 9 PKW1_5 PKW2_5 NT_29rsu 8 PKW3_5 9 7 6 5 PKW4_5 PKW5_5 PKW6_5 PKW7_5 PKW8_5 8 7 6 4 3 PKW9_5 HEA 7 5 4 3 2 2 1 1 1 2 3 4 5 6. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Idealisierung des Tragwerks FE-Modell Modellierung des Tragwerksausschnitts Achse 27.1 32.1 Festhaltungen in den Achsen 27.1 und 32.1 simulieren Kaltes umgebendes Tragwerk Modellierung des Stockwerks P1 Stützen F 6 geschützt keine Erwärmung berücksichtigt Annahme starrer Verbund zwischen Träger und Deckenplatte Ansatz der max. Trägertemperatur für gesamten Träger 13

Normalkraft [kn] 3 3 3 3 3 Spannung [N/mm²] Verformung der Deckenplatte (Schnitt in Achse t) Spannungen im UG Hauptträger Achse s/29-3 15 3 3 1 5 Spannungen Untergurt Hauptträger 3 45 1 2 3 4 5 6-5 Stütze Feld -1-15 Nach 15 min 6-2 -25-3 Normalkraft Stahlquerschnitt Hauptträger Achse s/29-3 Normalkraft h29rs_stahl_dsb 1 2 3 4 5 6-5 -1 Normalkraft Stützbereich Stahlquerschnitt -15 Nachweis der Anschlüsse Globaler Nachweis erbracht Problem sehr hohe Zwangkräfte Anschlüsse nicht für Brandfall konstruiert (keine Langlöcher) Problem Gefahr Abscheren der Schrauben durch axiale Zwangkräfte im Brandfall Nachweis der Anschlüsse -2-25 Kraftverlauf im Anschlussbereich Druckstücke zur Übertragung der Zwangkräfte im Anschluss 14

Temperatur [ C].. Inhalt - Problemstellung und klassischer Nachweis nach DIN 412-4 - Brandschutzteile der - Nachweisverfahren - DIN EN 1991-1-2 und Nationaler Anhang - Naturbrandmodelle - Verfahren nach NA Anhang AA und Anhang C - Sicherheitskonzept nach NA Anhang BB Ausführungsbeispiele Zusammenfassung und Fazit Zusammenfassung und Fazit Schlussfolgerungen für die Brandschutzbemessung Leistungsorientierte Brandschutzbemessung zurzeit noch Ausnahmefall ermöglichen leistungsorientierte Brandschutzbemessung mit Oft schwierig maßgeblichen Temperaturzeitverlauf zu bestimmen Objektspezifisches Brandschutzkonzept erforderlich Vereinfachtes Berechnungsverfahren mit kritischer Stahltemperatur mit vertretbarem Aufwand anwendbar Allgemeines Berechnungsverfahren wg. hohem Rechenaufwand nur in Ausnahmefällen Heißbemessungen werden immer häufiger verlangt Zusammenfassung und Fazit Vorgehensweise bei Zusammenfassung und Fazit Brandschutzbemessung T = (T 2-T 1)((t-t 1)/(t 2-t 1)) 1/2 +T 1 für t 1 < t <= t 2 (t 1;T 1) (t 2;T 2) T = (T 3-T 2)((t-t 2)/(t 3-t 2)) 1/2 +T 2 für t > t 2 (t 3;T 3) Festlegung des maßgeblichen Brandszenarios bzw. Bemessungsbrandes () Simulation von Brandeinwirkung (Naturbrand) Brandschutzbemessung durch Vereinf. bzw. Allgem. Berechnungsverfahren der Erwärmungsberechnung: - Vereinfachtes Berechnungsverfahren - Allgemeines Berechnungsverfahren Heißbemessung: - Vereinfachtes Berechnungsverfahren (Temperaturebene, Tragfähigkeitsebene) - Allgemeines Berechnungsverfahren T= (T 1-T )/t 1² t² +T für t 1 <= t (t ;T ) Bereich 1 Bereich 2 Bereich 3 Vereinfachtes Berechnungsverfahren: - Einzelbauteile - Ungezwängte Bauteile Allgemeines Berechnungsverfahren: - Gezwängte Bauteile - Gesamttragsysteme Zusammenfassung und Fazit Leistungsorient. Bemessung ist aufwändige Vorgehensweise - Berechnung Erwärmung - Simulation Tragverhalten - Abstimmung mit Genehmigungsbehörden => Anwendung zurzeit nur in Einzelfällen Wann rentiert sich leistungsorientierte Bemessung (Heißbemessung)? - Stahlkonstruktionen - Bestehende Stahlbetonkonstruktionen - Bemessung nach DIN 412 nicht möglich oder Feuerwiderstandsdauer zu gering Optimierte Tragkonstruktion - Geringe Dimensionierung der Querschnitte - Verringerung von Bekleidungsmaßnahmen - Wirtschaftliche Konstruktion Kontaktinformationen hhpberlin Geschäftsführer: Dipl.-Ing. Margot Ehrlicher Amtsgericht Dipl.-Inf. BW (VWA) Stefan Truthän Berlin Charlottenburg Fraunhoferstraße 6 Dipl.-Ing. Karsten Foth HRB 78 927 8469 München Prokurist: Deutsche Bank P+G AG Kurze Mühren 2 Dipl.-Ing. Harald Niemöller BLZ 1 7 24 295 Hamburg Konto-Nr. 14191 Beirat: IBAN-Nr. DE52172414191 Wilhelm-Leuschner-Straße 41 Prof. Dr.-Ing. Dietmar Hosser Swift-Code: DEUTDEDBBER 6329 Frankfurt am Main Dr.-Ing. Karl-Heinz Schubert Ust-IdNr. DE21765665 Phone: +49 (3) 89 59 55- Fax: +49 (3) 89 59 55-1 www.hhpberlin.de 15