Bedeutung der Brandszenariennach Eurocode im Rahmen vonBrandschutzkonzepten undderen PrüfungArbeitstagung der Bundesverein...
Inhaltsübersicht•   Einführung•   Eurocode 1 Teil 1-2 und Nationaler Anhang•   Brandszenarien und Bemessungsbrände•   Natu...
Brandschutzteile der Eurocodes•   Veröffentlichung der Brandschutzteile der ECs (Teil 1-2)    sowie zugehöriger Nationaler...
Bauaufsichtliche Einführung•   Übernahme der ECs und NA in LTB geplant zum    01.07.2012•   DIN 4102-4 und DIN 4102-22 wer...
Zwischenphase•   Phase bis zum 01.07.2011, Papier der FK Bautechnik      ….                                               ...
Zwischenphase•   Naturbrandverfahren werden im Sinne von   3 (3) der MBO nicht als    „gleichwertig“ anerkannt•   Für Sond...
EC 1-1-2 und EC 1-1-2/NA•   Normtext•   Informative Anhänge    •   Anhang A Parametr. Temperaturzeitkurven => EC 1-1-2/NA ...
Änderungen in ECs1-2/NA vs. ENV•   Naturbrandverfahren sind anwendbar•   Sicherheitskonzept steht zur Verfügung•   Leistun...
Alternative Bemessungsverfahren                                          Präskriptive Bemessung                           ...
Alternative Bemessungsverfahren                             Präskriptive Bemessung                            Vorgeschrieb...
Alternative Bemessungsverfahren                               Leistungsorientierte Bemessung                             (...
Alternative Bemessungsverfahren                        Leistungsorientierte Anforderungen                        (Brandsch...
Maßgebliche Brandszenarien                            • Brandraumgeometrie                            • Brandausbreitung  ...
Parameter natürlicher Brand                              Brandlast                                               Ventilati...
Maßgebliche Größe: Ventilationsöffnung                              Parameter: Brandlast bezogen auf Brandraumgrundfläche ...
Parameterstudie Einfluss Ventilation• Fall 1                  Fenster geöffnet / Türöffnung variiert• Fall 2              ...
Parameterstudie           Fall 1           Fenster geöffnet / Türöffnung variiert                  900                    ...
ParameterstudieFall 2                        Fenster geschlossen / Türöffnung variiert                  600               ...
ParameterstudieFall 3                      Fenster über einen Wärmefühler bei 300°C geöffnet                  900         ...
Parameterstudie     Fall 4                  Berücksichtigung eines Flurs     • Keine Brandausbreitung über brandlastfreien...
Ansatz von Ventilationsöffnungen• Größe Ventilationsöffnung hat sehr großen Einfluss auf  Temperaturzeitverlauf• maßgeblic...
Brandraumgeometrie / Brandausbreitung• Umfassungsbauteile mit ausreichender FW-Fähigkeit   • Begrenzung des Brandes auf de...
Festlegung des Bemessungsbrandes• Definition des maßgeblichen Brandszenarios / Bemessungsbrandes   • Szenarienort   • Bran...
Naturbrandmodelle nach EC 1-1-2Vereinfachte                                                 AllgemeineNaturbrandmodelle   ...
Parametrische Kurven EC 1-1-2                       1200                                                                  ...
Grundlage: Bemessungsbrand                                        brandlastgesteuerter Brand                              ...
Wärmefreisetzungsrate Q• Ventilationsgesteuerter Brand     Fläche der Ventilationsöffnungen Aw     gemittelte Höhe der Ven...
Wärmefreisetzungsrate Q• Ventilationsgesteuerter Brand   – Wohn- und Büronutzungen      Qmax,v   1,21 A w hw [MW]         ...
Vereinf. Naturbrandmodell EC-1-1-2/NA                                 Wärmefreisetzungsrate     t1         t2          t3 ...
Wärmefreisetzung / Temperaturverlauf             2Temperatur                                       Wärmefreisetzungsrate  ...
Referenzbrandlastdichte q = 1300 MJ/m²             2Temperatur                                               Wärmefreisetz...
Beliebige Brandlastdichte (z. B. 500 MJ/m²)             2        2,500Temperatur                                          ...
Formulierung EC 1-1-2/NA Parametr. Kurven
Anwendungsgrenzen EC 1-1-2/NA Kurven•   Grundfläche max. 400 m²•   Höhe max. 5 m•   Keine horizontalen Öffnungsflächen•   ...
Sicherheitskonzept nach EC 1-1-2/NA• Ziel: Sicherstellung der erford. Zuverlässigkeit der  Brandschutzbemessung    – Selte...
Risikoabschätzung   Verhältnis der Auftretenswahrscheinlichkeiten                     1-pLA =0,98     Erfolg/            ...
Erforderliche Zuverlässigkeit im BrandfallDer Brand als außergewöhnliches Ereignis:Auftretenswahrscheinlichkeit    p1 1 ex...
Erforderliche ZuverlässigkeitNutzung                                             Schadensfolgen                           ...
Teilsicherheitsbeiwerte        fi• Kurve 1: Brandlastdichte pauschal• Kurve 2: Max. Wärmefreisetzungsrate und Brandlastdic...
Anwendungsbeispiel                                        Eurobahnhof                                        Saarbrücken  ...
Büro Decke Pos. 03                 Haupteingang
Raumgeometrie Decke Büro Pos. 7.03           Fläche Büro: 74 m²           Stat. System Decke: Durchlaufträger   C   B   A ...
Wärmefreisetzungsrate /Temperaturzeitverlauf                                20                                18 Energiefr...
Temperaturverteilung                      900                      800                                                    ...
Durchbiegung und Momentenverlauf                                   Feld Achse A-B                              0          ...
Zusammenfassung und Fazit• Bedeutung Brandszenarien und Bemessungsbrand• Leistungsorientierte Brandschutzbemessung muss im...
Kontaktinformationenhhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbHRotherstraße 19               Geschäftsführer:10245 Berlin   ...
Abgrenzung ventilations-/brandlastgest. Brand• Abgrenzung über die Wärmefreisetzungsrate bzw. Abbrandrate• Allgemeine Natu...
Validierung EC 1-1-2/NA-Kurven•   Vergleichsrechnungen mit Zonen- und Feldmodellen•   Nachrechnung von dokumentierten Bran...
Validierungsversuch Aufbau                                                     3,60 m          Abzugshaube                ...
Validierungsversuch Simulation                  1200                  1000                                            Zone...
Beispiel Verwaltungsgebäude      Großraumbüro            Chefbüro                              52
Beispiel Chefbüro           Chefbüro                      53
Beispiel Chefbüro                                             Aw,2                                       q1               ...
Eingangsparameter                   Aw,           q       2  H        1               A                  hw      Aw       ...
Maximale WärmefreisetzungsrateQmax,f   0,25 A f [MW]Qmax,v   1,21 A w hw [MW]                                 56
Maximale WärmefreisetzungsrateQmax,f   0,25 A f [MW]      = 0,25 · 40 = 10 MWQmax,v   1,21 A w hw [MW]   = 1,21 · 15 = 18,...
Bestimmung Zeitpunkte ti                                  70% Brandlast                         t1    =Wärmefreisetzungsra...
Brandlastgesteuerter Brand• Bestimmung charakteristische Temperaturwerte• Referenzbrandlastdichte q = 1300 MJ/m² 2        ...
Ermittlung Temperaturzeitverlauf• Bestimmung Temperaturwerte• Vorhandene Brandlastdichte qx = 500 MJ/m² 22,500 1 33,500   ...
Vgl. natürlicher Brand / ETK Chefbüro                        1000                          900                  2,500     ...
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Bedeutung der Brandszenarien nach Eurocode im Rahmen von Brandschutzkonzepten und deren Prüfung

  1. 1. Bedeutung der Brandszenariennach Eurocode im Rahmen vonBrandschutzkonzepten undderen PrüfungArbeitstagung der Bundesvereinigung derPrüfingenieure für Bautechnik e. V.am 23. und 24. Sept. 2011in Rostock-WarnemündeDr.-Ing. Jochen ZehfußNiederlassungsleiter Hamburghhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH 1
  2. 2. Inhaltsübersicht• Einführung• Eurocode 1 Teil 1-2 und Nationaler Anhang• Brandszenarien und Bemessungsbrände• Naturbrandmodelle• Sicherheitskonzept nach EC 1-1-2/NA• Anwendungsbeispiel• Zusammenfassung und Ausblick 2
  3. 3. Brandschutzteile der Eurocodes• Veröffentlichung der Brandschutzteile der ECs (Teil 1-2) sowie zugehöriger Nationaler Anhänge im Dezember 2010• EC 1-1-2 und NA Einwirkungen• EC 2-1-2 und NA Stahlbeton- und Spannbetontragwerke• EC 3-1-2 und NA Stahlbauten• EC 4-1-2 und NA Verbundtragwerke• EC 5-1-2 und NA Holzbauten• [EC 6-1-2 Mauerwerk, EC 9-1-2 Aluminium] 3
  4. 4. Bauaufsichtliche Einführung• Übernahme der ECs und NA in LTB geplant zum 01.07.2012• DIN 4102-4 und DIN 4102-22 werden zum 01.07.2012 zurückgezogen• „Restnorm“ DIN 4102-4 mit nicht in den Eurocodes enthaltenen Regelungen (Sonderbauteile, historische Bauweisen) soll zum 01.07.2012 erscheinen und in LTB übernommen werden• Ab 01.07.2012 muss brandschutztechnische Bemessung mit den Eurocodes durchgeführt werden 4
  5. 5. Zwischenphase• Phase bis zum 01.07.2011, Papier der FK Bautechnik …. 5
  6. 6. Zwischenphase• Naturbrandverfahren werden im Sinne von 3 (3) der MBO nicht als „gleichwertig“ anerkannt• Für Sonderbauten jedoch über Abweichung Naturbrandbemessung möglich wie bisher auch• Bis 01.07.2012 soll Beschränkung der FK Bautechnik zurückgenommen werden => Veröffentlichung Beispiele (Beuth- Kommentar,…) 6
  7. 7. EC 1-1-2 und EC 1-1-2/NA• Normtext• Informative Anhänge • Anhang A Parametr. Temperaturzeitkurven => EC 1-1-2/NA AA • Anhang B Thermische Einwirkungen außenliegende Bauteile • Anhang C Lokale Brände • Anhang D Erweiterte Naturbrandmodelle => EC 1-1-2/NA CC • Anhang E Brandlastdichten (Sicherheitskonzept) => EC 1-1-2/NA BB • Anhang G Konfigurationsfaktor 7
  8. 8. Änderungen in ECs1-2/NA vs. ENV• Naturbrandverfahren sind anwendbar• Sicherheitskonzept steht zur Verfügung• Leistungsorientierte Brandschutznachweise mit realistischen Bemessungsbränden sind möglich• Festlegung von Brandszenarien und Bemessungsbränden erforderlich• Einbettung der Brandszenarien in ein ganzheitliches Brandschutzkonzept erforderlich• Prüfung der Einwirkung Brand erforderlich (war bei ETK nicht erforderlich) 8
  9. 9. Alternative Bemessungsverfahren Präskriptive Bemessung Vorgeschriebene Anforderungen (Bauordnung, Sonderbauvorschrift) Nominelle Temperaturzeitkurven Vollbrand – Einheitstemperaturzeitkurve (ETK) 1200 1000 Temperatur Q [ C] 800 Einheitstemperaturzeitkurve 600 ETK 400 200 0 0 15 30 45 60 75 90 Branddauer t [min] 9
  10. 10. Alternative Bemessungsverfahren Präskriptive Bemessung Vorgeschriebene Anforderungen (Bauordnung, Sonderbauvorschrift) Nominelle Temperaturzeitkurven Vollbrand – Einheitstemperaturzeitkurve (ETK) Mechanische Einwirkungen realistische Randbedingungen, reale Belastung Bauteil Teiltragwerk Gesamttragwerk Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 3 10
  11. 11. Alternative Bemessungsverfahren Leistungsorientierte Bemessung (Brandschutzkonzept/Brandschutznachweis) Natürliche Brandszenarien Brandeinwirkung auf physikalischer Grundlage 1200 natürliche Brände 1000 [ C] 800 Einheitstemperaturzeitkurve ETK 600 Temperatur 400 200 0 0 15 30 45 60 75 90 Branddauer t [min] 11
  12. 12. Alternative Bemessungsverfahren Leistungsorientierte Anforderungen (Brandschutzkonzept/Brandschutznachweis) Natürliche Brandszenarien Brandeinwirkung auf physikalischer Grundlage Mechanische Einwirkungen realistische Randbedingungen, reale Belastung Bauteil Teiltragwerk Gesamttragwerk Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 3 12
  13. 13. Maßgebliche Brandszenarien • Brandraumgeometrie • Brandausbreitung • Betrachtung „worst case“- Szenario • Maßgebliches Szenario häufig nicht offensichtlich l = 5,0 m • objektspezifisches Brandschutzkonzept erforderlich l = 5,0 m 13
  14. 14. Parameter natürlicher Brand Brandlast Ventilation Brandraum Material Öffnungsfläche und Geometrie Masse -höhe thermische Eigen- Ort im Brandraum Zwangsluftzufuhr schaften der um- Stapeldichte Entlüftung gebenden Bauteile 1200 100 MJ/m² 1000 500 MJ/m²Temperatur [°C] 900 MJ/m² 800 1300 MJ/m² 600 ETK 400 200 0 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 Zeit [min] 14
  15. 15. Maßgebliche Größe: Ventilationsöffnung Parameter: Brandlast bezogen auf Brandraumgrundfläche 70 60 ventilationsgesteuert brandlastgesteuert 50 Rmax [kg/min] R max 6 A w hw [kg / min] 30 kg/m² 40 30 Bemessungspunkt 15 kg/m² 20 7,5 kg/m² 10 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 A w h w [m5 / 2 ] 15
  16. 16. Parameterstudie Einfluss Ventilation• Fall 1 Fenster geöffnet / Türöffnung variiert• Fall 2 Fenster geschlossen / Türöffnung variiert• Fall 3 Fenster über einen Wärmefühler geöffnet• Fall 4 Berücksichtigung eines Flurs 6 5 4 HRR [MW] 3 2 511 • W/D/H = 3,50/6,75/3,25 m 1 MJ/m² 0 • bw/hw /hsill = 2,0/2,0/1,0 m 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Zeit [s] • bT/hT = 1,0 / 2,0 m 16
  17. 17. Parameterstudie Fall 1 Fenster geöffnet / Türöffnung variiert 900 Tür 100% offen 800 Tür 50% offen Tür 10% offen 700 600Temperatur [°C] 500 400 300 200 100 Brandlastgesteuerter Brand 0 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 Zeit [s] Tür 100% auf Tür 10% auf 17
  18. 18. ParameterstudieFall 2 Fenster geschlossen / Türöffnung variiert 600 Energiefreisetzung 500 Tür 100% offen 7000 Tür 50% offen 6000 HRR 400 Tür 10% offenTemperatur [°C] 5000 CONV LOSS RAD LOSS 4000 [kW] 300 3000 2000 200 1000 COND LOSS 0 100 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Ventilationsgesteuerter Brand Zeit [s] 0 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 Tür 100% auf Zeit [s] Tür 100% auf Tür 50% auf 18
  19. 19. ParameterstudieFall 3 Fenster über einen Wärmefühler bei 300°C geöffnet 900 800 700 600Temperatur [°C] 500 400 Brandherd Fenster bei 300°C geöffnet 300 Brandherd 200 Fenster zu Beginn auf 100 • Fensterglas wird nach ca. 5-20 min zerstört 0 • Öffnung kann von Beginn des Brandes an 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 Zeit [s] angesetzt werden Vergleich der Temperaturkurven im Brandraum Fensterglas bei 300 °C zerstört und Fenster von Beginn an geöffnet 19
  20. 20. Parameterstudie Fall 4 Berücksichtigung eines Flurs • Keine Brandausbreitung über brandlastfreien Flur • Temperaturzeitverlauf im Brandraum nahezu unabhängig von Lage der Ventilationsöffnung 900 800 Fenster Büro Brandherd 700 600Temperatur [°C] 500 Öffnung im gegenüberliegenden 400 Büro Schlitz Öffnung im Büro am Ende des Flur am 300 Flurs Spaltöffnung Boden 200 Büro Büro 100 0 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 Zeit [s] Fenster Fenster 20
  21. 21. Ansatz von Ventilationsöffnungen• Größe Ventilationsöffnung hat sehr großen Einfluss auf Temperaturzeitverlauf• maßgebliche Größe Ventilationsöffnung bestimmen (Parameterstudie od. Bestimmung über Wärmefreisetzungsrate)• ESG / VSG-Verglasungen versagen bei ca. 300°C => Fenster offen ansetzen• Türöffnungen ansetzen, wenn ins Freie oder zu Raum mit ausreichender Zuluft• Brandlastfreier Flur verhindert Brandausbreitung hw,i A w,i i• Gemittelte Höhe Ventilationsöffnungen hw = Aw• Sorgfältige Prüfung der angesetzten Ventilationsöffnungen erforderlich 21
  22. 22. Brandraumgeometrie / Brandausbreitung• Umfassungsbauteile mit ausreichender FW-Fähigkeit • Begrenzung des Brandes auf den originären Brandraum • Umfassungsbauteile werden mit Naturbrandverfahren bemessen • Feuerwiderstandsdauer Raumabschluss Trennwände nach BauO / SonderbauVO (Bürotrennwände wie Flurtrennwände) F 90 / T 30• Umfassungsbauteile ohne ausreichende FW-Fähigkeit • Brandausbreitung in Nachbarräume ist zu untersuchen • Brand in Nutzungseinheit (i. d. R. max. horizontale Ausdehnung) • Maßgeblicher Fall ist zu untersuchen • Brand im originären Brandraum • Brand in ges. Nutzungseinheit (innere Trennwände vernachlässigt) 22
  23. 23. Festlegung des Bemessungsbrandes• Definition des maßgeblichen Brandszenarios / Bemessungsbrandes • Szenarienort • Brandlast • Ventilationsverhältnisse • Brandraumgeometrie • Anlagentechnische Brandschutzmaßnahmen• Wahl des geeigneten Naturbrandmodells Beschreibung, Herleitung und Berechnung im Kontext des Brandschutzkonzeptes Prüfung 23
  24. 24. Naturbrandmodelle nach EC 1-1-2Vereinfachte AllgemeineNaturbrandmodelle Naturbrandmodelle • Parametrische Temperaturzeitkurven • Ein-Zonenmodelle • Plume-Modelle • Mehrzonenmodelle (t2, • CFD-Modelle 2)[ C] (t1, 1) (t3, 3)Temperatur Branddauer t [min] 24
  25. 25. Parametrische Kurven EC 1-1-2 1200 40 1000 rate of heat release [MW] temperature test 30 temperaturer [°C] 800 temperature EN 1991 rate of heat release EN 1991 600 20 400 10 200 0 0 0 10 20 30 40 50 60 time [min] keine zeitliche Korrelation zwischen Wärmefreisetzungsrate und Temperaturzeitkurve vorhanden 25
  26. 26. Grundlage: Bemessungsbrand brandlastgesteuerter Brand nd ventilationsgesteuerter BrandWärmefreisetzungsrate [MW] 70% der Brandlast verbrannt Q1 Q2 Q3 Brand- Vollbrandphas Vollbrandphase Abklingphas Abklingphase ausbrei- tung t1 Zeit [s] t2 t3 26
  27. 27. Wärmefreisetzungsrate Q• Ventilationsgesteuerter Brand Fläche der Ventilationsöffnungen Aw gemittelte Höhe der Ventilationsöffnungen hw gemittelter unterer Heizwert der Brandlasten Hu gemittelte Verbrennungseffektivität der Brandlasten• Wohn- und Büronutzungen Qmax,v 1,21 A w hw [MW] 27
  28. 28. Wärmefreisetzungsrate Q• Ventilationsgesteuerter Brand – Wohn- und Büronutzungen Qmax,v 1,21 A w hw [MW] Qmax,f 0,25 A f [MW] 28
  29. 29. Vereinf. Naturbrandmodell EC-1-1-2/NA Wärmefreisetzungsrate t1 t2 t3 Zeit 29
  30. 30. Wärmefreisetzung / Temperaturverlauf 2Temperatur Wärmefreisetzungsrate 1 3 t1 t3 t2 Zeit 30
  31. 31. Referenzbrandlastdichte q = 1300 MJ/m² 2Temperatur Wärmefreisetzungsrate 1 q = 1300 MJ/m² 3 t1 t3 t2 Zeit 31
  32. 32. Beliebige Brandlastdichte (z. B. 500 MJ/m²) 2 2,500Temperatur Wärmefreisetzungsrate 1 q = 1300 MJ/m² qx = 500 MJ/m² 3 3,500 t1 t3 t2,500 t3,500 t2 Zeit 32
  33. 33. Formulierung EC 1-1-2/NA Parametr. Kurven
  34. 34. Anwendungsgrenzen EC 1-1-2/NA Kurven• Grundfläche max. 400 m²• Höhe max. 5 m• Keine horizontalen Öffnungsflächen• Vertikale Öffnungsflächen von 12,5% bis 50% der Grundfläche• Brandlast annähernd gleich verteilt• Brandlastdichte von 100 MJ/m² bis 1300 MJ/m²• Voll entwickelter Brand (kein lokaler Brand)• z. B. keine Verkehrsbauwerke mit geringen Brandlasten, hohen und großen Räumen
  35. 35. Sicherheitskonzept nach EC 1-1-2/NA• Ziel: Sicherstellung der erford. Zuverlässigkeit der Brandschutzbemessung – Seltenheit Brandereignis – Konservative Festlegung des Bemessungsbrandes – Quantifizierung des Sicherheitsniveaus unter Berücksichtigung anlagentechnischer Maßnahmen möglich• Ein-gangs-größen für die Brandeinwirkungen werden mit Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt – max. Wärmefreisetzungsrate – Brandlastdichte 35
  36. 36. Risikoabschätzung Verhältnis der Auftretenswahrscheinlichkeiten 1-pLA =0,98 Erfolg/ (1) Löschen des Brandes Verfügbar durch die Löschanlage pE = 0,98 Brand- 1-pFW =0,8 LA (2) Versagen der Löschanlage, 62:1 eintritt Löschen des Brandes Versagen/ durch die Feuerwehr pE = 0,016nicht verfügbar FW pLA =0,02 4:1 (3) Versagen der Löschanlage pFW =0,2 und Versagen der Feuerwehr, die Ausbreitung zu verhindern pE = 0,004 Wenn das Verhältnis der Bauteilschäden von Szenario 3 zu Szenario 2 größer als 4:1 ist, dominiert der Risikobeitrag (Wahrscheinlichkeit x Schaden) von Szenario 3 (Vollbrand) Berücksichtigung des anlagentechnischen Brandschutzes … Prof. Dr.-Ing. D. Hosser und Dr.-Ing. C. Klinzmann TU Braunschweig 36
  37. 37. Erforderliche Zuverlässigkeit im BrandfallDer Brand als außergewöhnliches Ereignis:Auftretenswahrscheinlichkeit p1 1 exp( 1 A t) 1 A teines Entstehungsbrandes in einer mit 1 = mittlere AuftretensrateNutzungseinheit der Fläche A in t Jahren je m2 Grundfläche und JahrAuftretenswahrscheinlichkeit p fi p1 p2 p3eines Schadenfeuers (Vollbrandes)mit p2 = Versagen der Löscharbeiten gilt nur bei Unabhängigkeit p3 = Versagen einer Löschanlage von p1, p2 , p3Versagenswahrscheinlichkeit eines pf ( )Bauteils durch Tragfähigkeitsverlust pfBedingte Versagenswahrscheinlich- p f , fikeit des Bauteils im Brandfall p fi 1Zuverlässigkeitsindex im Brandfall fi ( p f , fi ) Quelle: Bub et al., 1983 Berücksichtigung des anlagentechnischen Brandschutzes … Prof. Dr.-Ing. D. Hosser und Dr.-Ing. C. Klinzmann TU Braunschweig 37
  38. 38. Erforderliche ZuverlässigkeitNutzung Schadensfolgen hoch mittel gering pf pf pfWohngebäude, Bürogebäudeund vergleichbare Nutzungen 4,7 1,3E-6 4,2 1,3E-5 3,7 1,1E-4(nach LBO)Krankenhaus, Pflegeheim,Beherbergungsstätte, Hotel,Schule, Verkaufsstätte, 5,2 1,0E-7 4,7 1,3E-6 4,2 1,3E-5Versammlungsstätte, HochhausIndustriegebäude 4,7 1,3E-6 4,2 1,3E-5 3,7 1,1E-4Landwirtschaftlich genutzte -- -- 4,2 1,3E-5 3,7 1,1E-4Gebäude E DIN EN 1991-1-2/NA, Anhang BB Berücksichtigung des anlagentechnischen Brandschutzes … Prof. Dr.-Ing. D. Hosser und Dr.-Ing. C. Klinzmann TU Braunschweig 38
  39. 39. Teilsicherheitsbeiwerte fi• Kurve 1: Brandlastdichte pauschal• Kurve 2: Max. Wärmefreisetzungsrate und Brandlastdichte individuell 39
  40. 40. Anwendungsbeispiel Eurobahnhof Saarbrücken farm3.static.flickr.com 40
  41. 41. Büro Decke Pos. 03 Haupteingang
  42. 42. Raumgeometrie Decke Büro Pos. 7.03 Fläche Büro: 74 m² Stat. System Decke: Durchlaufträger C B A 9 3 4 5 6 7 8 42
  43. 43. Wärmefreisetzungsrate /Temperaturzeitverlauf 20 18 Energiefreisetzungsrate [MW] 16 14 12 10 1000 8 6 4 800 2 Temperatur [°C] 0 600 0 10 20 30 40 50 60 70 Zeit [min] 400 200 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Zeit [min] 43
  44. 44. Temperaturverteilung 900 800 30 cm 2 25 cm 700 8 2 5 600 0 cm 2,8 cm Temperatur [°C] 500 0 cm 2,8 cm 400 25,0 cm 30,0 cm 300 Heißgastemp 200 100 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Zeit [min] 44
  45. 45. Durchbiegung und Momentenverlauf Feld Achse A-B 0 -0.02 0 10 -0.04 20vertikale Verformung [m] -0.06 -0.08 60 -0.1 30 100 -0.12 50 80 MRd,fi,Fel -0.14 d 60 -0.16 40 Msd,fi,Feld 40 -0.18 Moment [kNm] 20 -0.2 0 x [m] -20 0 10 20 30 40 50 60 -40 -60 Msd,fi,Stütze -80 MRd,fi,Stütze -100 Zeit [min] 45
  46. 46. Zusammenfassung und Fazit• Bedeutung Brandszenarien und Bemessungsbrand• Leistungsorientierte Brandschutzbemessung muss im Kontext zu ganzheitlichem Brandschutzkonzept stehen• Sicherheitskonzept garantiert Sicherheisniveau• Naturbrandmodelle liefern realistische Ergebnisse• Komplexe Nachweise erfordern sorgfältige Prüfung • Brandeinwirkung/Bemessungsbrand/Brandschutzkonzept • Brandschutznachweis des Tragwerks 46
  47. 47. Kontaktinformationenhhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbHRotherstraße 19 Geschäftsführer:10245 Berlin Dipl.-Ing. Margot Ehrlicher Amtsgericht Dipl.-Inf. BW (VWA) Stefan Truthän Berlin CharlottenburgRosental 5 Dipl.-Ing. Karsten Foth HRB 78 92780331 München Prokurist: Deutsche Bank P+G AGKurze Mühren 20 Dipl.-Ing. Harald Niemöller BLZ 100 700 2420095 Hamburg Konto-Nr. 1419100 Beirat: IBAN-Nr. DE52100700240141910000Wilhelm-Leuschner-Straße 41 Prof. Dr.-Ing. Dietmar Hosser Swift-Code: DEUTDEDBBER60329 Frankfurt am Main Dr.-Ing. Karl-Heinz Schubert Ust-IdNr. DE217656065Frankfurter Straße 2 email@hhpberlin.de Phone: +49 (30) 89 59 55 038122 Braunschweig www.hhpberlin.de Fax: +49 (30) 89 59 55 9 101 47
  48. 48. Abgrenzung ventilations-/brandlastgest. Brand• Abgrenzung über die Wärmefreisetzungsrate bzw. Abbrandrate• Allgemeine Naturbrandmodelle: Prüfen ob Bemessungs- Energiefreisetzungsrate umgesetzt wird• Vereinfachte Naturbrandmodelle: Näherungsgleichungen bzw. Gleichsetzen der max. Energiefreisetzungsrate ventilations-/ brandlastgesteuerter Brand ventilationsgesteuert brandlastgesteuert Q vent 0,1 Hu A w hw [MW] Qbrandl Q f ,A A f [MW] Q vent ,W B 121 A w hw [MW] , Qbrandl,W B 0,25 A f [MW] 48 48
  49. 49. Validierung EC 1-1-2/NA-Kurven• Vergleichsrechnungen mit Zonen- und Feldmodellen• Nachrechnung von dokumentierten Brandversuchen• Durchführung Validierungsversuch• Validierungskriterien Maximaltemperatur Integral der Temperaturzeitkurve (Maß für Energieeintrag in die Bauteile) nach 30, 60, 90 und 180 Minuten 49
  50. 50. Validierungsversuch Aufbau 3,60 m Abzugshaube 1,45 m M2 M3 M1 0,70 m 2,60 m 3,20 m M4 Tür 1,80 m S7 M5 Brandlast 1,45 m M7 M6 1,00 m 3,60 m 3,20 m 50
  51. 51. Validierungsversuch Simulation 1200 1000 Zonenmodell 800Temperatur [°C] Versuch 600 EC 1-1-2/NA 400 200 0 0 10 20 30 40 50 60 Zeit [min] 51
  52. 52. Beispiel Verwaltungsgebäude Großraumbüro Chefbüro 52
  53. 53. Beispiel Chefbüro Chefbüro 53
  54. 54. Beispiel Chefbüro Aw,2 q1 H Af hw,2 Aw,1 q2 W hw,1 D 2 2 2 2q = i = 1 qi; Aw =i = 1 Aw,i; hw = i = 1(hw,i ∙ Aw,i) / i = 1Aw,i; 54
  55. 55. Eingangsparameter Aw, q 2 H 1 A hw Aw f ,1 q ,2 2 W hw D ,1 55
  56. 56. Maximale WärmefreisetzungsrateQmax,f 0,25 A f [MW]Qmax,v 1,21 A w hw [MW] 56
  57. 57. Maximale WärmefreisetzungsrateQmax,f 0,25 A f [MW] = 0,25 · 40 = 10 MWQmax,v 1,21 A w hw [MW] = 1,21 · 15 = 18,15 MW = min (10; 18,15) = 18,15 MW 57
  58. 58. Bestimmung Zeitpunkte ti 70% Brandlast t1 =Wärmefreisetzungsrate verbrannt qx = 500 MJ/m² t2,500 = t1 + q = 1300 MJ/m² t3,500 = t2,500 + Q2,500 Q3,500 Zeit t1 t2,500 t3,500 t2 t3 58
  59. 59. Brandlastgesteuerter Brand• Bestimmung charakteristische Temperaturwerte• Referenzbrandlastdichte q = 1300 MJ/m² 2 = 24000 k + 20 C = 701,8°C 1 = 33000 k + 20 C = 957,5°C 3 = 16000 k + 20 C = 474,6°C t1 t2 t3 59
  60. 60. Ermittlung Temperaturzeitverlauf• Bestimmung Temperaturwerte• Vorhandene Brandlastdichte qx = 500 MJ/m² 22,500 1 33,500 = 848,1°C = 394,5°C t1 t2,500 t3,500 t2 t3 60
  61. 61. Vgl. natürlicher Brand / ETK Chefbüro 1000 900 2,500 800 ETKTemperatur [ C] 1 700 600 500 natürlicher Brand 400 3,500 300 200 100 0 t1 20 t2,500 t3,500 0 40 60 80 100 Zeit [min] 61

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