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1 von 61
Bedeutung der Brandszenarien
nach Eurocode im Rahmen von
Brandschutzkonzepten und
deren Prüfung
Arbeitstagung der Bundesvereinigung der
Prüfingenieure für Bautechnik e. V.
am 23. und 24. Sept. 2011
in Rostock-Warnemünde



Dr.-Ing. Jochen Zehfuß
Niederlassungsleiter Hamburg
hhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH
                                            1
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
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
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
Zwischenphase
•   Phase bis zum 01.07.2011, Papier der FK Bautechnik




      ….




                                                         5
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
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
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
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
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
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
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
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
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/m²
Temperatur [°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
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
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
Parameterstudie
           Fall 1           Fenster geöffnet / Türöffnung variiert
                  900
                                                              Tür 100% offen
                  800
                                                              Tür 50% offen
                                                              Tür 10% offen
                  700

                  600
Temperatur [°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
Parameterstudie
Fall 2                        Fenster geschlossen / Türöffnung variiert
                  600
                                                                                                                 Energiefreisetzung

                  500                         Tür 100% offen                       7000

                                              Tür 50% offen                        6000
                                                                                                                                                  HRR
                  400                         Tür 10% offen
Temperatur [°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
Parameterstudie
Fall 3                      Fenster über einen Wärmefühler bei 300°C geöffnet
                  900

                  800

                  700

                  600
Temperatur [°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
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

                  600
Temperatur [°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
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
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
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
Naturbrandmodelle nach EC 1-1-2
Vereinfachte                                                 Allgemeine
Naturbrandmodelle                                            Naturbrandmodelle
             • Parametrische Temperaturzeitkurven               • Ein-Zonenmodelle
             • Plume-Modelle                                    • Mehrzonenmodelle

                                    (t2,
                                                                • CFD-Modelle
                                           2)
[ C]




                (t1,   1)
                                                 (t3,   3)
Temperatur




                            Branddauer t [min]
                                                                                     24
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
Grundlage: Bemessungsbrand
                                        brandlastgesteuerter Brand
                                                             nd

                                        ventilationsgesteuerter Brand
Wärmefreisetzungsrate [MW]




                                                                                70% der
                                                                               Brandlast
                                                                               verbrannt




                                 Q1             Q2                        Q3
                              Brand-       Vollbrandphas
                                           Vollbrandphase            Abklingphas
                                                                     Abklingphase
                             ausbrei-
                               tung

                                   t1             Zeit [s]           t2                t3   26
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
Wärmefreisetzungsrate Q
• Ventilationsgesteuerter Brand
   – Wohn- und Büronutzungen      Qmax,v   1,21 A w hw [MW]




                                  Qmax,f   0,25 A f [MW]



                                                           28
Vereinf. Naturbrandmodell EC-1-1-2/NA




                                 Wärmefreisetzungsrate
     t1         t2          t3
                     Zeit
                                                         29
Wärmefreisetzung / Temperaturverlauf

             2
Temperatur




                                       Wärmefreisetzungsrate
             1




             3




                 t1               t3
                      t2   Zeit
                                                               30
Referenzbrandlastdichte q = 1300 MJ/m²

             2
Temperatur




                                               Wärmefreisetzungsrate
             1
                              q = 1300 MJ/m²


             3




                 t1                       t3
                      t2   Zeit
                                                                       31
Beliebige Brandlastdichte (z. B. 500 MJ/m²)

             2


        2,500
Temperatur




                                                                        Wärmefreisetzungsrate
                1
                                                       q = 1300 MJ/m²
                                  qx = 500 MJ/m²

             3


        3,500




                    t1                                             t3
                         t2,500        t3,500   t2   Zeit
                                                                                                32
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
•   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
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
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 = 0,016
nicht 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
Erforderliche Zuverlässigkeit im Brandfall
Der Brand als außergewöhnliches Ereignis:
Auftretenswahrscheinlichkeit    p1 1 exp(                               1   A t)         1   A t
eines Entstehungsbrandes in einer        mit 1 = mittlere Auftretensrate
Nutzungseinheit der Fläche A in t Jahren je m2 Grundfläche und Jahr
Auftretenswahrscheinlichkeit                  p fi       p1 p2 p3
eines Schadenfeuers (Vollbrandes)
mit p2 = Versagen der Löscharbeiten          gilt nur bei Unabhängigkeit
    p3 = Versagen einer Löschanlage          von p1, p2 , p3
Versagenswahrscheinlichkeit eines             pf          (         )
Bauteils durch Tragfähigkeitsverlust
                                                          pf
Bedingte Versagenswahrscheinlich-             p f , fi
keit des Bauteils im Brandfall                            p fi
                                                               1
Zuverlässigkeitsindex 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
Erforderliche Zuverlässigkeit
Nutzung                                             Schadensfolgen
                                        hoch            mittel         gering
                                               pf            pf               pf
Wohngebäude, Bürogebäude
und 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-5

Versammlungsstätte, Hochhaus
Industriegebäude                  4,7     1,3E-6     4,2   1,3E-5    3,7   1,1E-4
Landwirtschaftlich genutzte        --          --    4,2   1,3E-5    3,7   1,1E-4
Gebäude


                                                E DIN EN 1991-1-2/NA, Anhang BB

            Berücksichtigung des anlagentechnischen Brandschutzes …
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Teilsicherheitsbeiwerte        fi




• Kurve 1: Brandlastdichte pauschal
• Kurve 2: Max. Wärmefreisetzungsrate und Brandlastdichte individuell

                                                                        39
Anwendungsbeispiel
                                        Eurobahnhof
                                        Saarbrücken




              farm3.static.flickr.com




                                                      40
Büro Decke Pos. 03




                 Haupteingang
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
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
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
Durchbiegung und Momentenverlauf
                                   Feld Achse A-B
                              0

                           -0.02               0
                                     10
                           -0.04
                                     20
vertikale 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
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
Kontaktinformationen
hhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH

Rotherstraße 19               Geschäftsführer:
10245 Berlin                  Dipl.-Ing. Margot Ehrlicher          Amtsgericht
                              Dipl.-Inf. BW (VWA) Stefan Truthän   Berlin Charlottenburg
Rosental 5                    Dipl.-Ing. Karsten Foth              HRB 78 927
80331 München
                              Prokurist:                           Deutsche Bank P+G AG
Kurze Mühren 20               Dipl.-Ing. Harald Niemöller          BLZ 100 700 24
20095 Hamburg                                                      Konto-Nr. 1419100
                              Beirat:                              IBAN-Nr. DE52100700240141910000
Wilhelm-Leuschner-Straße 41   Prof. Dr.-Ing. Dietmar Hosser        Swift-Code: DEUTDEDBBER
60329 Frankfurt am Main       Dr.-Ing. Karl-Heinz Schubert         Ust-IdNr. DE217656065

Frankfurter Straße 2          email@hhpberlin.de                   Phone: +49 (30) 89 59 55 0
38122 Braunschweig            www.hhpberlin.de                     Fax: +49 (30) 89 59 55 9 101




                                                                                                  47
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
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
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
Validierungsversuch Simulation
                  1200


                  1000

                                            Zonenmodell
                   800
Temperatur [°C]




                                  Versuch
                   600                                    EC 1-1-2/NA

                   400


                   200


                     0
                         0   10     20         30        40      50      60
                                            Zeit [min]
                                                                        51
Beispiel Verwaltungsgebäude

      Großraumbüro




            Chefbüro



                              52
Beispiel Chefbüro




           Chefbüro



                      53
Beispiel Chefbüro


                                             Aw,2
                                       q1
                    H
                                            Af                 hw,2
                                Aw,1
                                                     q2

                              W
                                                    hw,1       D


      2              2                  2                  2
q = i = 1 qi; Aw =i = 1 Aw,i; hw = i = 1(hw,i ∙ Aw,i) / i = 1Aw,i;
                                                                      54
Eingangsparameter

                   Aw,
           q       2
  H        1
               A                  hw
      Aw       f
      ,1                  q       ,2
                          2
      W
                         hw   D
                         ,1




                                       55
Maximale Wärmefreisetzungsrate

Qmax,f   0,25 A f [MW]

Qmax,v   1,21 A w hw [MW]




                                 56
Maximale Wärmefreisetzungsrate

Qmax,f   0,25 A f [MW]      = 0,25 · 40 = 10 MW

Qmax,v   1,21 A w hw [MW]   = 1,21 · 15 = 18,15 MW

                            = min (10; 18,15) = 18,15 MW




                                                     57
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
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
Ermittlung Temperaturzeitverlauf
• Bestimmung Temperaturwerte
• Vorhandene Brandlastdichte qx = 500 MJ/m²


 2

2,500


 1


 3

3,500


                                         = 848,1°C
                                         = 394,5°C
        t1   t2,500   t3,500   t2   t3
                                                     60
Vgl. natürlicher Brand / ETK Chefbüro
                        1000
                          900
                  2,500
                          800                                   ETK
Temperatur [ 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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Bedeutung der Brandszenarien nach Eurocode im Rahmen von Brandschutzkonzepten und deren Prüfung

  • 1. Bedeutung der Brandszenarien nach Eurocode im Rahmen von Brandschutzkonzepten und deren Prüfung Arbeitstagung der Bundesvereinigung der Prüfingenieure für Bautechnik e. V. am 23. und 24. Sept. 2011 in Rostock-Warnemünde Dr.-Ing. Jochen Zehfuß Niederlassungsleiter Hamburg hhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH 1
  • 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. 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. 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. Zwischenphase • Phase bis zum 01.07.2011, Papier der FK Bautechnik …. 5
  • 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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/m² Temperatur [°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. 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. 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. Parameterstudie Fall 1 Fenster geöffnet / Türöffnung variiert 900 Tür 100% offen 800 Tür 50% offen Tür 10% offen 700 600 Temperatur [°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. Parameterstudie Fall 2 Fenster geschlossen / Türöffnung variiert 600 Energiefreisetzung 500 Tür 100% offen 7000 Tür 50% offen 6000 HRR 400 Tür 10% offen Temperatur [°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. Parameterstudie Fall 3 Fenster über einen Wärmefühler bei 300°C geöffnet 900 800 700 600 Temperatur [°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. 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 700 600 Temperatur [°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. 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. 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. 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. Naturbrandmodelle nach EC 1-1-2 Vereinfachte Allgemeine Naturbrandmodelle Naturbrandmodelle • Parametrische Temperaturzeitkurven • Ein-Zonenmodelle • Plume-Modelle • Mehrzonenmodelle (t2, • CFD-Modelle 2) [ C] (t1, 1) (t3, 3) Temperatur Branddauer t [min] 24
  • 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. Grundlage: Bemessungsbrand brandlastgesteuerter Brand nd ventilationsgesteuerter Brand Wärmefreisetzungsrate [MW] 70% der Brandlast verbrannt Q1 Q2 Q3 Brand- Vollbrandphas Vollbrandphase Abklingphas Abklingphase ausbrei- tung t1 Zeit [s] t2 t3 26
  • 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. Wärmefreisetzungsrate Q • Ventilationsgesteuerter Brand – Wohn- und Büronutzungen Qmax,v 1,21 A w hw [MW] Qmax,f 0,25 A f [MW] 28
  • 29. Vereinf. Naturbrandmodell EC-1-1-2/NA Wärmefreisetzungsrate t1 t2 t3 Zeit 29
  • 30. Wärmefreisetzung / Temperaturverlauf 2 Temperatur Wärmefreisetzungsrate 1 3 t1 t3 t2 Zeit 30
  • 31. Referenzbrandlastdichte q = 1300 MJ/m² 2 Temperatur Wärmefreisetzungsrate 1 q = 1300 MJ/m² 3 t1 t3 t2 Zeit 31
  • 32. Beliebige Brandlastdichte (z. B. 500 MJ/m²) 2 2,500 Temperatur Wärmefreisetzungsrate 1 q = 1300 MJ/m² qx = 500 MJ/m² 3 3,500 t1 t3 t2,500 t3,500 t2 Zeit 32
  • 33. Formulierung EC 1-1-2/NA Parametr. Kurven
  • 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. 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. 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 = 0,016 nicht 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. Erforderliche Zuverlässigkeit im Brandfall Der Brand als außergewöhnliches Ereignis: Auftretenswahrscheinlichkeit p1 1 exp( 1 A t) 1 A t eines Entstehungsbrandes in einer mit 1 = mittlere Auftretensrate Nutzungseinheit der Fläche A in t Jahren je m2 Grundfläche und Jahr Auftretenswahrscheinlichkeit p fi p1 p2 p3 eines Schadenfeuers (Vollbrandes) mit p2 = Versagen der Löscharbeiten gilt nur bei Unabhängigkeit p3 = Versagen einer Löschanlage von p1, p2 , p3 Versagenswahrscheinlichkeit eines pf ( ) Bauteils durch Tragfähigkeitsverlust pf Bedingte Versagenswahrscheinlich- p f , fi keit des Bauteils im Brandfall p fi 1 Zuverlässigkeitsindex 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. Erforderliche Zuverlässigkeit Nutzung Schadensfolgen hoch mittel gering pf pf pf Wohngebäude, Bürogebäude und 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-5 Versammlungsstätte, Hochhaus Industriegebäude 4,7 1,3E-6 4,2 1,3E-5 3,7 1,1E-4 Landwirtschaftlich genutzte -- -- 4,2 1,3E-5 3,7 1,1E-4 Gebäude 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. Teilsicherheitsbeiwerte fi • Kurve 1: Brandlastdichte pauschal • Kurve 2: Max. Wärmefreisetzungsrate und Brandlastdichte individuell 39
  • 40. Anwendungsbeispiel Eurobahnhof Saarbrücken farm3.static.flickr.com 40
  • 41. Büro Decke Pos. 03 Haupteingang
  • 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. 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. 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. Durchbiegung und Momentenverlauf Feld Achse A-B 0 -0.02 0 10 -0.04 20 vertikale 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. 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. Kontaktinformationen hhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH Rotherstraße 19 Geschäftsführer: 10245 Berlin Dipl.-Ing. Margot Ehrlicher Amtsgericht Dipl.-Inf. BW (VWA) Stefan Truthän Berlin Charlottenburg Rosental 5 Dipl.-Ing. Karsten Foth HRB 78 927 80331 München Prokurist: Deutsche Bank P+G AG Kurze Mühren 20 Dipl.-Ing. Harald Niemöller BLZ 100 700 24 20095 Hamburg Konto-Nr. 1419100 Beirat: IBAN-Nr. DE52100700240141910000 Wilhelm-Leuschner-Straße 41 Prof. Dr.-Ing. Dietmar Hosser Swift-Code: DEUTDEDBBER 60329 Frankfurt am Main Dr.-Ing. Karl-Heinz Schubert Ust-IdNr. DE217656065 Frankfurter Straße 2 email@hhpberlin.de Phone: +49 (30) 89 59 55 0 38122 Braunschweig www.hhpberlin.de Fax: +49 (30) 89 59 55 9 101 47
  • 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. 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. 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. Validierungsversuch Simulation 1200 1000 Zonenmodell 800 Temperatur [°C] Versuch 600 EC 1-1-2/NA 400 200 0 0 10 20 30 40 50 60 Zeit [min] 51
  • 52. Beispiel Verwaltungsgebäude Großraumbüro Chefbüro 52
  • 53. Beispiel Chefbüro Chefbüro 53
  • 54. Beispiel Chefbüro Aw,2 q1 H Af hw,2 Aw,1 q2 W hw,1 D 2 2 2 2 q = i = 1 qi; Aw =i = 1 Aw,i; hw = i = 1(hw,i ∙ Aw,i) / i = 1Aw,i; 54
  • 55. Eingangsparameter Aw, q 2 H 1 A hw Aw f ,1 q ,2 2 W hw D ,1 55
  • 56. Maximale Wärmefreisetzungsrate Qmax,f 0,25 A f [MW] Qmax,v 1,21 A w hw [MW] 56
  • 57. Maximale Wärmefreisetzungsrate Qmax,f 0,25 A f [MW] = 0,25 · 40 = 10 MW Qmax,v 1,21 A w hw [MW] = 1,21 · 15 = 18,15 MW = min (10; 18,15) = 18,15 MW 57
  • 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. 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. Ermittlung Temperaturzeitverlauf • Bestimmung Temperaturwerte • Vorhandene Brandlastdichte qx = 500 MJ/m² 2 2,500 1 3 3,500 = 848,1°C = 394,5°C t1 t2,500 t3,500 t2 t3 60
  • 61. Vgl. natürlicher Brand / ETK Chefbüro 1000 900 2,500 800 ETK Temperatur [ 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