Heißbemessung

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Heißbemessung

  1. 1. Brandschutznachweise von Bauteilen - Heißbemessung Dr.-Ing. Jochen Zehfuß Niederlassungsleiter Hamburg hhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH
  2. 2. Inhalt <ul><li>Einführung </li></ul><ul><ul><li>Problemstellung und klassischer Nachweis nach DIN 4102-4 </li></ul></ul><ul><li>Eurocodes </li></ul><ul><ul><li>Brandschutzteile der Eurocodes </li></ul></ul><ul><ul><li>Nachweisverfahren </li></ul></ul><ul><li>Naturbrandverfahren </li></ul><ul><ul><li>DIN EN 1991-1-2 und Nationaler Anhang </li></ul></ul><ul><ul><li>Naturbrandmodelle </li></ul></ul><ul><ul><li>Verfahren nach NA Anhang AA und Anhang C </li></ul></ul><ul><ul><li>Sicherheitskonzept nach NA Anhang BB </li></ul></ul><ul><li>Ausführungsbeispiele </li></ul><ul><li>Zusammenfassung und Fazit </li></ul>
  3. 3. <ul><li>hhpberlin wurde im Jahr 2000 gegründet und ist </li></ul><ul><ul><li>Brandschutz aus einer Hand, </li></ul></ul><ul><ul><li>vom ersten Konzept bis zur schlüsselfertigen Übergabe, </li></ul></ul><ul><ul><li>vom Geschäftshaus bis zum Fußballstadion, </li></ul></ul><ul><ul><li>deutschlandweit und international, </li></ul></ul><ul><ul><li>ein Team von mehr als 80 Mitarbeitern, </li></ul></ul><ul><ul><li>öffentlich bestellte und vereidigte Sachverständige, Ingenieure, Architekten und Physikern, </li></ul></ul><ul><ul><li>zahlreiche freie Mitarbeiter und strategische Partner, </li></ul></ul><ul><ul><li>in Berlin, München, Hamburg und Frankfurt am Main </li></ul></ul>hhpberlin – Das Unternehmen Der Berliner Hauptbahnhof Die Geschäftsführung von hhpberlin – Margot Ehrlicher, Karsten Foth und Stefan Truthän
  4. 4. Kompetenzen <ul><li>hhpberlin steht für kompetenten Brandschutz aus einer Hand und bietet keinen Brandschutz von der Stange. </li></ul><ul><ul><li>Unkonventionelle Brandschutzlösungen , statt Standardgutachten </li></ul></ul><ul><ul><li>Intensive Kundenbetreuung und individuelle Problemanalyse </li></ul></ul><ul><ul><li>Langjährige Erfahrung im Brandschutz </li></ul></ul><ul><ul><li>Vertrauensverhältnis zu genehmigenden Behörden - Akzeptanz </li></ul></ul><ul><li> maßgeschneiderte Brandschutznachweise und unkomplizierte Baugenehmigungen </li></ul>Brandschutz- konzepte Ingenieur- methoden Bau- begleitung Brandschutz- dokumente
  5. 5. <ul><li>Jährlich mehr als 1000 Projekte </li></ul><ul><li>Projekte in ganz Deutschland sowie Auslandsprojekte in Russland, China, Italien, Schweiz, Ungarn und Vietnam </li></ul><ul><li>Lehrter Bahnhof, Berlin </li></ul><ul><li>Bundeskanzleramt, Berlin </li></ul><ul><li>Color Line Arena, Hamburg </li></ul><ul><li>Allianz Arena, München </li></ul><ul><li>Flughafen BBI, Berlin </li></ul><ul><li>Erweiterung A-West Flughafen Frankfurt/M </li></ul><ul><li>NAH Hanoi, Vietnam </li></ul>Referenzen Bundeskanzleramt, Berlin Allianz Arena, München Hauptbahnhof, Berlin
  6. 6. <ul><li>Alstertal Einkaufszentrum, Hamburg (Parkgaragendeck), </li></ul><ul><li>Lehrter Bahnhof Berlin </li></ul><ul><li>Eurobahnhof, Saarbrücken (Stahlbetondecken), </li></ul><ul><li>National Convention Centre, Hanoi (Dachtragwerk), </li></ul><ul><li>Flughafen Berlin-Brandenburg BBI (Dachtragwerk Terminal), </li></ul><ul><li>Boulevard Berlin, Berlin (Parkgaragendeck), </li></ul><ul><li>Bahnhof Ostkreuz, Berlin (Bahnsteig- und Gleisbrückenkonstruktion), </li></ul><ul><li>City-Tunnel, Leipzig (Fassadenkonstruktion), </li></ul><ul><li>Volksbank Arena, Hamburg (Dachtragwerk, Stahlfachwerkträger), </li></ul><ul><li>Bürogebäude Adidas LACES, Herzogenaurach (Stahlfachwerkträger) </li></ul>Referenzen Heißbemessung
  7. 7. Einführung <ul><li>Regelungen im Baurecht (LBauO, SonderbauVO,…) </li></ul><ul><li>Schutzziele des Brandschutzes </li></ul><ul><li>Übliche Vorgehensweise: Erfüllung Schutzziele präskriptiv </li></ul><ul><li>Traditionelle (präskriptive) Brandschutzbemessung </li></ul><ul><ul><li>Konkrete materielle Anforderungen in den BauO bzw. SonderbauVO </li></ul></ul><ul><ul><li>Bemessung der Bauteile für ETK nach DIN 4102-4 / DIN 4102-22 </li></ul></ul><ul><ul><li>VORTEIL : Einfache Bemessung (Bemessungstabellen) </li></ul></ul><ul><ul><li>NACHTEIL : Häufig konservativer Nachweis </li></ul></ul>Brandschutzbemessung in der Praxis
  8. 8. Einführung => Optimierung des Brandschutzes
  9. 9. Einführung <ul><li>F 30 bei Gebäuden geringer Höhe </li></ul><ul><li>F 60 bei Gebäuden mittlerer Höhe </li></ul><ul><li>F 90 bei hohen Gebäuden und Sonderbauten </li></ul><ul><li>Bei „Normbemessung“ i. d. R. kostenintensive Bekleidung erforderlich </li></ul>Materielle Anforderungen in den BauO
  10. 10. Einführung <ul><li>Stringente Vorgaben für Feuerwiderstand der Bauteile in den BauO </li></ul><ul><ul><li>Höhere Anforderungen mit wachsender Gebäudehöhe </li></ul></ul><ul><ul><li>Standsicherheit ist wesentliche Voraussetzung für Erfüllung der anderen Schutzziele </li></ul></ul><ul><ul><li>Wenn andere Schutzziele nicht erfüllt => Standsicherheit nicht unbedingt gefährdet </li></ul></ul><ul><ul><li>Weitergehende Schutzinteressen (kein Totalabriss => Sanierung nach Brand muss möglich sein) </li></ul></ul>Präskriptive Brandschutzbemessung
  11. 11. <ul><li>Präskriptiver Nachweis: </li></ul><ul><ul><li>Bei Einhaltung der materiellen Anforderungen in den BauO werden Schutzziele erreicht </li></ul></ul><ul><li>Leistungsorientierter Nachweis: </li></ul><ul><ul><li>Schutzziele müssen konkretisiert werden </li></ul></ul><ul><ul><li>Nachweis muss quantitativ geführt werden </li></ul></ul><ul><ul><li>Nachweis mit Ingenieurmethoden (z. B. Eurocodes) </li></ul></ul><ul><ul><li>Ganzheitliches Brandschutzkonzept erforderlich </li></ul></ul>Einführung Leistungsorientierter Nachweis und Ingenieurmethoden bilden eine Symbiose. Nachweis Erfüllung der Schutzziele
  12. 12. Einführung Leistungsorientierte Brandschutzbemessung nach Eurocode
  13. 13. <ul><li>Brandschutzanforderungen im Baurecht </li></ul><ul><li>Bisher Brandschutztechnische Nachweise von Bauteilen nach DIN 4102-4 </li></ul><ul><li>Grundlage der DIN 4102 ist die Einheitstemperaturzeitkurve </li></ul><ul><li>Nachweise in DIN 4102-4 sind i. d. R. aus Brandversuchen abgeleitet </li></ul><ul><li>DIN 4102-4 letzte Novellierung März 1994 </li></ul><ul><li>Künftige Regelungen: Brandschutzteile der Eurocodes </li></ul>Einführung Bisherige Brandschutzbemessung
  14. 14. Einführung DIN 4102 historisch
  15. 15. Einführung DIN 4102-4 03/1994
  16. 16. Einführung Brandversuchsstand
  17. 17. Einführung Specimen Brandversuchsstand für Deckenprüfungen
  18. 18. Inhalt <ul><li>Einführung </li></ul><ul><ul><li>Problemstellung und klassischer Nachweis nach DIN 4102-4 </li></ul></ul><ul><li>Eurocodes </li></ul><ul><ul><li>Brandschutzteile der Eurocodes </li></ul></ul><ul><ul><li>Nachweisverfahren </li></ul></ul><ul><li>Naturbrandverfahren </li></ul><ul><ul><li>DIN EN 1991-1-2 und Nationaler Anhang </li></ul></ul><ul><ul><li>Naturbrandmodelle </li></ul></ul><ul><ul><li>Verfahren nach NA Anhang AA und Anhang C </li></ul></ul><ul><ul><li>Sicherheitskonzept nach NA Anhang BB </li></ul></ul><ul><li>Ausführungsbeispiele </li></ul><ul><li>Zusammenfassung und Fazit </li></ul>
  19. 19. <ul><li>DIN EN 1991-1-2 Eurocode 1 - Grundlagen und Einwirkungen </li></ul><ul><li>DIN EN 1992-1-2 Eurocode 2 - Stahlbeton- und Spannbetontragwerke </li></ul><ul><li>DIN EN 1993-1-2 Eurocode 3 - Stahlbauten </li></ul><ul><li>DIN EN 1994-1-2 Eurocode 4 - Verbundtragwerke aus Stahl und Beton </li></ul><ul><li>DIN EN 1995-1-2 Eurocode 5 - Holzbauten </li></ul><ul><li>DIN EN 1996-1-2 Eurocode 6 - Mauerwerksbauten </li></ul>Eurocode-Brandschutzteile Eurocodes DIN EN 1992-1-2 bis 1995-1-2 im Vergleich zu Vornormen prinzipiell unverändert
  20. 20. <ul><li>Stufe 1: Tabellarische Daten </li></ul><ul><ul><li>Einzelbauteile </li></ul></ul><ul><ul><li>Mindestabmessungen usw. analog DIN 4102 Teil 4 </li></ul></ul><ul><ul><li>Stufe 2: Vereinfachte Rechenverfahren Einzelbauteile </li></ul></ul><ul><ul><li>ingenieurmäßige Nachweise für die Praxis </li></ul></ul><ul><li>Stufe 3: Allgemeine Rechenverfahren </li></ul><ul><ul><li>Teiltragwerke, Gesamttragwerk </li></ul></ul><ul><ul><li>„ exakte“ rechnerische Brandsimulation für beliebige Temperaturbeanspruchung </li></ul></ul>Nachweisverfahren in 3 Stufen: Nachweiskonzept der EC-x-1-2 Eurocodes
  21. 21. Bemessungsverfahren Eurocodes
  22. 22. Stufe 1 – Tabellarische Daten Eurocodes Überprüfung der Querschnittsabmessungen und Achsabstände ähnlich wie in DIN 4102-4 h b > b min ? a > a min ?
  23. 23. <ul><li>Anwendung für Einzelbauteile </li></ul><ul><li>Ingenieurmäßige Nachweise für die Praxis </li></ul><ul><li>Temperaturabhängige Verkleinerung des Betonquerschnitts </li></ul><ul><li>Temperaturabhängige Reduktion der Festigkeit des Betons und Betonstahls </li></ul><ul><li>Tragfähigkeitsberechnung nach Plastizitätstheorie mit reduziertem Querschnitt </li></ul><ul><li>=> wie bei Bemessung für Gebrauchslasten </li></ul>Stufe 2 – Vereinfachtes Rechenverfahren Eurocodes
  24. 24. Temperaturabhängige Querschnittsverkleinerung Eurocodes w a z b/2 a z a z b´ a z a z h´ b/2 w h k c (  ) für Beton w  1
  25. 25. Tragfähigkeitsberechnung Eurocodes h' b b' h a z a z a z F c,fi (t) = y·b'·k c (  c )·f ck z y Nachweisgleichung: R d,fi (t) = F s,fi (t) · z  M sd,fi = E d,fi F s,fi (t) = A s ·k s (  s )·f yk
  26. 26. <ul><li>Thermische Analyse </li></ul><ul><ul><li>Ermittlung des Wärmestroms auf die Bauteile infolge der Temperaturbeanspruchung </li></ul></ul><ul><ul><li>Berechnung der Temperaturverteilung im Querschnitt </li></ul></ul><ul><ul><li>Mechanische Analyse </li></ul></ul><ul><ul><li>Gleichgewichtszustand im Querschnitt </li></ul></ul><ul><ul><li>thermische Dehnung </li></ul></ul><ul><ul><li>Eigenspannungen </li></ul></ul><ul><ul><li>Gleichgewichtszustand für das Tragsystem </li></ul></ul><ul><ul><li>Zwangspannungen </li></ul></ul><ul><ul><li>geometrische Imperfektionen (Theorie II. Ordnung) </li></ul></ul>Stufe 3 – Allgemeines Rechenverfahren Eurocodes T 1 T 2 T 3  
  27. 27. Temperaturabhängige Materialeigenschaften Beton Eurocodes thermisch mechanisch
  28. 28. Wärmeleitung Thermische Analyse Eurocodes
  29. 29. Mechanische Analyse Eurocodes -0.004 0 0.004 0.008 Dehnung [-] Temperatur 0 200 400 600 Temperatur [°C] 20°C 400°C 600°C 800°C
  30. 30. Mechanische Analyse Eurocodes
  31. 31. Inhalt <ul><li>Einführung </li></ul><ul><ul><li>Problemstellung und klassischer Nachweis nach DIN 4102-4 </li></ul></ul><ul><li>Eurocodes </li></ul><ul><ul><li>Brandschutzteile der Eurocodes </li></ul></ul><ul><ul><li>Nachweisverfahren </li></ul></ul><ul><li>Naturbrandverfahren </li></ul><ul><ul><li>DIN EN 1991-1-2 und Nationaler Anhang </li></ul></ul><ul><ul><li>Naturbrandmodelle </li></ul></ul><ul><ul><li>Verfahren nach NA Anhang AA und Anhang C </li></ul></ul><ul><ul><li>Sicherheitskonzept nach NA Anhang BB </li></ul></ul><ul><li>Ausführungsbeispiele </li></ul><ul><li>Zusammenfassung und Fazit </li></ul>
  32. 32. DIN EN 1991-1-2 Naturbrandverfahren Neuheit für Eurocode 1 Teil 1-2: Im NA werden die Naturbrandverfahren grundsätzlich erlaubt !
  33. 33. <ul><li>Hauptteil </li></ul><ul><ul><li>Allgemeines </li></ul></ul><ul><ul><li>Verfahren zur Tragwerksbemessung im Brandfall </li></ul></ul><ul><ul><li>Thermische Einwirkungen für die Temperaturberechnung </li></ul></ul><ul><ul><li>Mechanische Einwirkungen für die Tragfähigkeitsberechnung </li></ul></ul>DIN EN 1991-1-2 <ul><li>Anhänge </li></ul><ul><ul><li>Parametrische Temperaturzeitkurven </li></ul></ul><ul><ul><li>Thermische Einwirkungen auf außenliegende Bauteile </li></ul></ul><ul><ul><li>Lokale Brände </li></ul></ul><ul><ul><li>Erweiterte Brandmodelle </li></ul></ul><ul><ul><li>Brandlastdichten </li></ul></ul><ul><ul><li>Äquivalente Branddauer </li></ul></ul><ul><ul><li>Konfigurationsfaktor </li></ul></ul>Naturbrandverfahren
  34. 34. <ul><li>Nominelle Temperaturzeitkurven </li></ul><ul><ul><li>Einheitstemperaturzeitkurve </li></ul></ul><ul><ul><li>Außenbrandkurve </li></ul></ul><ul><ul><li>Hydrocarbonkurve </li></ul></ul><ul><li>Vereinfachte Naturbrandmodelle </li></ul><ul><li>Allgemeine Naturbrandmodelle </li></ul>Thermische Einwirkungen Naturbrandverfahren
  35. 35. <ul><li>Basieren auf bestimmten physikalischen Größen, die nur in bestimmten Grenzen angewendet werden können. </li></ul><ul><li>Für Vollbrände wird eine gleichmäßige zeitabhängige Temperaturverteilung angenommen. </li></ul><ul><li>Eingangsparameter </li></ul><ul><ul><li>Brandlastdichte </li></ul></ul><ul><ul><li>Raumgeometrie </li></ul></ul><ul><ul><li>Ventilationsöffnungen </li></ul></ul>Vereinfachte Naturbrandmodelle Naturbrandverfahren
  36. 36. <ul><li>Nachteile </li></ul><ul><ul><li>Brandentstehungsphase wird nicht berücksichtigt </li></ul></ul><ul><ul><li>liefern gleichförmige Temperaturverteilung </li></ul></ul><ul><ul><li>sehr viele Fallunterscheidungen erforderlich => nicht anwenderfreundlich </li></ul></ul><ul><ul><li>für ventilationsgesteuerte Brände abgeleitet worden (brandlastgesteuerte Brände werden stark vereinfacht berücksichtigt) </li></ul></ul><ul><ul><li>nicht kongruent zum Bemessungsbrand (Energiefreisetzungsrate) </li></ul></ul>=> Anwendung im NA für Deutschland verboten Parametrische Kurven nach DIN EN 1991-1-2 Anhang A Naturbrandverfahren
  37. 37. Beispiel Versuch „BRE No. 2“ (NFSC 2 ) Widerspruch zwischen DIN EN 1991-1-2 Anhang A und Anhang E Naturbrandverfahren O = 0,10 m 0,5 ; b = 800 J/(m²s 0,5 K); q = 40 kg/m²; A f = 144 m²
  38. 38. <ul><li>Ein-Zonenmodelle </li></ul><ul><li>Mehr-Zonenmodelle </li></ul><ul><li>Feldmodelle (CFD-Modelle) </li></ul>Allgemeine Naturbrandmodelle Naturbrandverfahren
  39. 39. Naturbrandmodelle Naturbrandverfahren Vereinfachte Modelle Allgemeine Modelle Plume-Modelle , z.B. HESKESTAD, THOMAS/HINKLEY Zonen-Modelle , z.B. CFAST, MRFC, FIGARO CFD-Modelle , z.B. FDS, CFX, COBRA, FLUENT Aufwand gering hoch
  40. 40. <ul><li>Voll entwickelte Brände (Raumbrände, Brände in Nutzungseinheiten) </li></ul>Naturbrandverfahren <ul><li>Lokale Brände (z. B. Plume-Modelle) für Atrien, große Hallen, Freibrände </li></ul><ul><li>Externe Brände (Außenbrände, Fassade) </li></ul>Anwendungsbereich von Naturbrandmodellen
  41. 41. <ul><li>Anhänge </li></ul><ul><ul><li>Parametrische Temperaturzeitkurven => im NA nicht zugelassen, Ersatz Anhang AA im NA </li></ul></ul><ul><ul><li>Thermische Einwirkungen auf außenliegende Bauteile </li></ul></ul><ul><ul><li>Lokale Brände </li></ul></ul><ul><ul><li>Erweiterte Brandmodelle </li></ul></ul><ul><ul><li>Brandlastdichten => im NA nicht zugelassen, Ersatz Anhang BB im NA </li></ul></ul><ul><ul><li>Äquivalente Branddauer => im NA nicht zugelassen, kein Ersatz (für Industriebau gilt DIN 18230-1) </li></ul></ul><ul><ul><li>Konfigurationsfaktor </li></ul></ul>DIN EN 1991-1-2 Anhänge Naturbrandverfahren
  42. 42. <ul><li>Voraussichtliche Veröffentlichung Mai 2010 </li></ul><ul><li>National festgelegte Parameter </li></ul><ul><li>Anhänge </li></ul><ul><ul><li>Anhang AA Parametrische Tempertaturzeitkurven ( normativ ) </li></ul></ul><ul><ul><li>Anhang BB Eingangsdaten für die Anwendung von Naturbrandmodellen ( normativ ) </li></ul></ul><ul><ul><li>Anhang CC Prüfung und Validierung von Rechenprogramm für Brandschutznachweise mittels allgemeiner Rechenverfahren ( informativ ) </li></ul></ul>Nationaler Anhang zu DIN EN 1991-1-2 Naturbrandverfahren
  43. 43. Naturbrandverfahren Brandlast Material Masse Ort im Brandraum Stapeldichte Ventilation Öffnungsfläche und -höhe Zwangsluftzufuhr Entlüftung Brandraum Geometrie thermische Eigen-schaften der um-gebenden Bauteile
  44. 44. Wärmefreisetzungsrate Naturbrandverfahren t 1 t 2 t 3 Entwick-lungs-phase Vollbrandphase Abklingphase 70% der Brandlast verbrannt
  45. 45. Vereinfachtes Modell für Vollbrände Naturbrandverfahren Korrelation des zeitlichen Verlaufs T 2 t 2 T 3 t 3 T 1 t 1 Heißgastemperatur-zeitkurve Wärmefrei-setzungsrate
  46. 46. Naturbrandverfahren Parametr. Temperaturzeitkurven nach NA Anhang AA
  47. 47. Naturbrandverfahren <ul><li>Verfahren nach Heskestad/Hasemi </li></ul><ul><li>Randbedingungen </li></ul><ul><li>- lokaler Brand </li></ul><ul><li>- Räume > 400 m² </li></ul><ul><li>- Wärmefreisetzungsrate < 50 MW </li></ul><ul><li>- D <= 10 m </li></ul><ul><li>- Brandlastdichte >= 250 kW/m² </li></ul>Lokale Brände Verfahren nach DIN EN 1991-1-2 Anhang C
  48. 48. Naturbrandverfahren Flammen erreichen nicht die Decke Plumeformeln nach Heskestad
  49. 49. Naturbrandverfahren Flammen erreichen die Decke Hasemi-Korrelationen
  50. 50. <ul><ul><li>Der Eurocode (DIN EN 1991-1-2) lässt für die Bemessung auch Naturbrände zu </li></ul></ul><ul><ul><li>aber: viele europäische Länder haben aufgrund von Mängeln im Sicherheitskonzept nach DIN EN 1991-1-2 Anhang E die Einführung abgelehnt </li></ul></ul><ul><ul><li>Entwicklung eines neuen Sicherheitskonzepts am iBMB der TU Braunschweig </li></ul></ul><ul><ul><li>Berücksichtigung anlagentechnischer Maßnahmen möglich </li></ul></ul><ul><ul><li>Implementierung des Sicherheitskonzeptes in NA Anhang BB  brandschutztechnische Nachweise mit Naturbrandbeanspruchung künftig zulässig </li></ul></ul>Naturbrandverfahren Sicherheitskonzept
  51. 51. <ul><li>Ziel: Bemessungswerte für Brandlastdichte q und Wärmefreisetzung HHR </li></ul><ul><ul><li>90 % Fraktilwerte und Teilsicherheitfaktor γ fi </li></ul></ul><ul><li>Festlegung der Zielversagenswahrscheinlichkeit p f </li></ul><ul><ul><li>In Abhängigkeit von Nutzung und Folgen des Brandes entsprechend des Eurocode 1 </li></ul></ul><ul><li>Ermittlung einer bedingten Versagenswahrscheinlichkeit p f,fi im Brandfall </li></ul><ul><ul><li>In Abhängigkeit der Eintretenswahrscheinlichkeit p 1 eines Brandes in der Nutzungseinheit (aus Tabellen) </li></ul></ul><ul><ul><li>und der Ausfallwahrscheinlichkeit von abwehrenden und anlagentechnischen Maßnahmen p 2 und p 3 </li></ul></ul><ul><li>Bestimmung der erf. Zuverlässigkeit im Brandfall </li></ul>Naturbrandverfahren – Sicherheitskonzept
  52. 52. Naturbrandverfahren – Sicherheitskonzept
  53. 53. <ul><li>Kleine Faktoren p 2 und p 3 reduzieren β fi , damit γ fi und die Bauteilanforderungen </li></ul><ul><li>Nationaler Anhang – Anhang BB </li></ul><ul><li>Faktoren p 2 und p 3 für voneinander unabhängige Maßnahmen </li></ul><ul><li>Voneinander abhängige Maßnahmen (BMA, RWA) verlangen weiter- gehende Absicherung und zusätzliche Untersuchungen </li></ul>Naturbrandverfahren – Sicherheitskonzept
  54. 54. Inhalt <ul><li>Einführung </li></ul><ul><ul><li>Problemstellung und klassischer Nachweis nach DIN 4102-4 </li></ul></ul><ul><li>Eurocodes </li></ul><ul><ul><li>Brandschutzteile der Eurocodes </li></ul></ul><ul><ul><li>Nachweisverfahren </li></ul></ul><ul><li>Naturbrandverfahren </li></ul><ul><ul><li>DIN EN 1991-1-2 und Nationaler Anhang </li></ul></ul><ul><ul><li>Naturbrandmodelle </li></ul></ul><ul><ul><li>Verfahren nach NA Anhang AA und Anhang C </li></ul></ul><ul><ul><li>Sicherheitskonzept nach NA Anhang BB </li></ul></ul><ul><li>Ausführungsbeispiele </li></ul><ul><li>Zusammenfassung und Fazit </li></ul>
  55. 55. Ausführungsbeispiele farm3.static.flickr.com
  56. 56. Ausführungsbeispiel - Eurobahnhof Eurobahnhof Saarbrücken Anwendung Vereinfachtes Naturbrandmodell nach NA Anhang AA farm3.static.flickr.com
  57. 57. 9 Raumgeometrie Decke Büro Pos. 7.03 Ausführungsbeispiel - Eurobahnhof 3 4 5 6 7 8 A B C
  58. 58. Energiefreisetzungsrate / Temperaturzeitverlauf Ausführungsbeispiel - Eurobahnhof
  59. 59. Temperaturverteilung Ausführungsbeispiel - Eurobahnhof
  60. 60. Durchbiegung und Momentenverlauf Ausführungsbeispiel - Eurobahnhof
  61. 61. Ausführungsbeispiel - BBI Flughafen Berlin-Brandenburg International BBI Anwendung Vereinfachtes Naturbrandmodell nach DIN EN 1991-1-2 Anhang C © gmp Architekten, JSK International, Visualisierung: Archimation / Berliner Flughäfen
  62. 62. Stützen Terminalhalle Ausführungsbeispiel - BBI ©gmp Architekten, JSK International, Visualisierung: Archimation / Berliner Flughäfen
  63. 63. <ul><li>Brandszenario </li></ul><ul><ul><li>Ticketschalter </li></ul></ul><ul><ul><li>Gepäckansammlung </li></ul></ul><ul><ul><li>Abdeckender Bemessungsbrand mit max. 6 MW </li></ul></ul><ul><ul><li>Brandfläche 24 m², RHR f,A = 250 kW/m² </li></ul></ul><ul><ul><li>Feuerwehreingriff nach 20 Minuten </li></ul></ul>Bemessungs-Brandszenario & Bemessungsbrand Ausführungsbeispiel - BBI
  64. 64. Zwei maßgebliche Bauteilquerschnitte H = 0,83 m (oberhalb Lasteinleitungssteifen)  = 0,32 => T crit = 654°C H = 0,60 m (Bereich Lasteinleitungssteifen)  = 0,25 => T crit = 691°C Brandschutzbemessung Ausführungsbeispiel - BBI
  65. 65. Temperaturzeitverlauf nach Heskestad (EC 1-1-2 Anhang C) Ausführungsbeispiel - BBI
  66. 66. T vorh = 688°C < 691°C = T crit Thermische Analyse Stütze H = 0,60 m Ausführungsbeispiel - BBI
  67. 67. T vorh = 639°C < 654°C = T crit Thermische Analyse Stütze H = 0,83 m Ausführungsbeispiel - BBI
  68. 68. Ausführungsbeispiel – AEZ-Garage Garage Alstertal-Einkaufszentrum in Hamburg Anwendung Allgemeines Naturbrandmodell und Allgemeines Rechenverfahren
  69. 69. <ul><li>Tragwerk Garage AEZ wird als offene Garage auf Verkaufsstätte errichtet </li></ul><ul><li>Bauaufsicht forderte F 60 </li></ul><ul><li>Bauaufsicht stimmt Abweichung zu, wenn ingenieurmäßiger Nachweis geführt wird </li></ul><ul><li>Konzept </li></ul><ul><ul><li>Stützen, Aussteifungen und Zugbänder werden in F 60 ausgeführt </li></ul></ul><ul><ul><li>Träger werden in F 30 (DSB) ausgeführt. Nachweis durch ingenieurmäßige Methoden (Berechnung des tatsächlichen Trag- und Verformungsverhaltens der Konstruktion unter Brandbeanspruchung) </li></ul></ul><ul><li>Beantragung Zustimmung der obersten Bauzaufsichtsbehörde für Anwendung allgem. Berechnungsverfahren </li></ul><ul><li>Prüfung CFD-Simulation durch ABH </li></ul><ul><li>Prüfung (thermische) und mechanische Analyse durch Prüfingenieur </li></ul>Problemstellung Ausführungsbeispiel – AEZ-Garage
  70. 70. <ul><li>Betrachtung des Brandrisikos für Rettungswege und Standsicherheit </li></ul><ul><li>Brandszenario und Bemessungsbrand (mit Bauaufsicht und Feuerwehr abgestimmt) </li></ul><ul><li>Temperaturentwicklung bei Brand von PKW‘s </li></ul><ul><ul><li>CFD-Simulation FDS </li></ul></ul><ul><li>Erwärmung des Tragwerks (thermische Analyse) </li></ul><ul><ul><li>Eurocode 1 Teil 1-2 </li></ul></ul><ul><ul><li>FE-Modell ANSYS </li></ul></ul><ul><li>Trag- und Verformungsverhalten des Tragwerks (mechanische Analyse) </li></ul><ul><ul><li>Eurocode 3 Teil 1-2 bzw. Eurocode 4 Teil 1-2 </li></ul></ul><ul><ul><li>FE-Modell ANSYS </li></ul></ul>Vorgehensweise beim Nachweis Ausführungsbeispiel – AEZ-Garage
  71. 71. Erfahrungen (Brandversuche) PKW-Brände in Garagen Ausführungsbeispiel – AEZ-Garage Literatur-stelle Art Anzahl brennen-der Kfz Abstand Fahrzeuge [cm] Zeitpunkt Feuerüber-schlag [min] Max. Tempe-ratur [°C] Energie-freisetzung [MW] Gesamte Energie [GJ] Typ Garage vfdb4/97 Real-brand/ Sim. 3 50 – 80 10 650 (HG) 950 (Pl) ca. 7,0 MW für 3 Kfz - geschl. vfdb4/ 2000 Versuch 2 40 - 80 12 - 57 700-780 (HG) 950-1000 (Pl) 3,7 – 4,6 MW pro Kfz 3,1-8,0 geschl. [5] Simul-ation 3 - 10 900 ca. 14,5 MW für 4 Kfz 6,0-9,5 geschl. [4] Versuch 3 - - 650-850 3,0-6,0 MW - offen [1] Versuch 1 - 15 650-800 ca. 2 MW 3,0-3,9 offen
  72. 72. <ul><li>Energiefreisetzung abhängig von Art des PKW </li></ul><ul><li>Versuche: 2,0 MW < RHR < 6,0 MW </li></ul><ul><li>Österr. Bemessungskurve (Prof. Schneider): 3,8 MW </li></ul><ul><li>Abstimmung: Abbrand mehrerer PKW </li></ul><ul><li>Max. Energiefreisetzungsrate pro PKW 4,5 MW </li></ul>Energiefreisetzungsrate Abbrand eines PKW Ausführungsbeispiel – AEZ-Garage
  73. 73. Brandszenario Ausführungsbeispiel – AEZ-Garage
  74. 74. <ul><li>Konservatives Szenario Vorgabe der Feuerwehr </li></ul><ul><ul><li>Anzahl brennender PKW 27 Stück; Literatur max. 6 in geschlossener Garage </li></ul></ul><ul><ul><li>Energiefreisetzung 4,5 MW über 40 min; Literatur 2-6 MW über 25-40 min </li></ul></ul><ul><ul><li>Feuerüberschlagszeitpunkt 5 min; Literatur 12 bis > 30 min </li></ul></ul><ul><ul><li>Höhe Garage 3,50 m; üblich bei Tiefgaragen 2,20 m – 3,0 m </li></ul></ul><ul><ul><li>Abstand PKW‘s 70 – 90 cm; Literatur Feuerüberschlag bei < 80 cm </li></ul></ul>Angesetzter Bemessungsbrand Ausführungsbeispiel – AEZ-Garage
  75. 75. Temperaturentwicklung in der Garage Ausführungsbeispiel – AEZ-Garage
  76. 76. HEA 700 IPE 600 Erwärmung Träger ungeschützt und mit F 30-DSB Ausführungsbeispiel – AEZ-Garage
  77. 77. <ul><li>Modellierung des Tragwerksausschnitts Achse 27.1 – 32.1 </li></ul><ul><li>Festhaltungen in den Achsen 27.1 und 32.1 simulieren „Kaltes“ umgebendes Tragwerk </li></ul><ul><li>Modellierung des Stockwerks P1 </li></ul><ul><li>Stützen F 60 geschützt – keine Erwärmung berücksichtigt </li></ul><ul><li>Annahme starrer Verbund zwischen Träger und Deckenplatte </li></ul><ul><li>Ansatz der max. Trägertemperatur für gesamten Träger </li></ul>Idealisierung des Tragwerks Ausführungsbeispiel – AEZ-Garage
  78. 78. FE-Modell Ausführungsbeispiel – AEZ-Garage
  79. 79. Nach 15 min Verformung der Deckenplatte (Schnitt in Achse t) Ausführungsbeispiel – AEZ-Garage
  80. 80. Spannungen im UG Hauptträger Achse s/29-30 Ausführungsbeispiel – AEZ-Garage
  81. 81. Normalkraft Stahlquerschnitt Hauptträger Achse s/29-30 Ausführungsbeispiel – AEZ-Garage
  82. 82. <ul><li>Globaler Nachweis erbracht </li></ul><ul><li>Problem sehr hohe Zwangkräfte </li></ul><ul><li>Anschlüsse nicht für Brandfall konstruiert (keine Langlöcher) </li></ul><ul><li>Problem Gefahr Abscheren der Schrauben durch axiale Zwangkräfte im Brandfall </li></ul><ul><li>Nachweis der Anschlüsse </li></ul>Nachweis der Anschlüsse Ausführungsbeispiel – AEZ-Garage
  83. 83. Kraftverlauf im Anschlussbereich Ausführungsbeispiel – AEZ-Garage
  84. 84. Druckstücke zur Übertragung der Zwangkräfte im Anschluss Ausführungsbeispiel – AEZ-Garage
  85. 85. Inhalt <ul><li>Einführung </li></ul><ul><ul><li>Problemstellung und klassischer Nachweis nach DIN 4102-4 </li></ul></ul><ul><li>Eurocodes </li></ul><ul><ul><li>Brandschutzteile der Eurocodes </li></ul></ul><ul><ul><li>Nachweisverfahren </li></ul></ul><ul><li>Naturbrandverfahren </li></ul><ul><ul><li>DIN EN 1991-1-2 und Nationaler Anhang </li></ul></ul><ul><ul><li>Naturbrandmodelle </li></ul></ul><ul><ul><li>Verfahren nach NA Anhang AA und Anhang C </li></ul></ul><ul><ul><li>Sicherheitskonzept nach NA Anhang BB </li></ul></ul><ul><li>Ausführungsbeispiele </li></ul><ul><li>Zusammenfassung und Fazit </li></ul>
  86. 86. Zusammenfassung und Fazit <ul><li>Leistungsorientierte Brandschutzbemessung zurzeit noch Ausnahmefall </li></ul><ul><li>Eurocodes ermöglichen leistungsorientierte Brandschutzbemessung mit Naturbrandverfahren </li></ul><ul><li>Oft schwierig maßgeblichen Temperaturzeitverlauf zu bestimmen </li></ul><ul><li>Objektspezifisches Brandschutzkonzept erforderlich </li></ul><ul><li>Vereinfachtes Berechnungsverfahren mit kritischer Stahltemperatur mit vertretbarem Aufwand anwendbar </li></ul><ul><li>Allgemeines Berechnungsverfahren wg. hohem Rechenaufwand nur in Ausnahmefällen </li></ul><ul><li>Heißbemessungen werden immer häufiger verlangt </li></ul>Schlussfolgerungen für die Brandschutzbemessung
  87. 87. Zusammenfassung und Fazit <ul><ul><li>Festlegung des maßgeblichen Brandszenarios bzw. Bemessungsbrandes (Naturbrandverfahren) </li></ul></ul><ul><ul><li>Simulation von Brandeinwirkung (Naturbrand) </li></ul></ul><ul><ul><li>Brandschutzbemessung durch Vereinf. bzw. Allgem. Berechnungsverfahren der Eurocodes </li></ul></ul>Vorgehensweise bei Naturbrandverfahren
  88. 88. <ul><li>Erwärmungsberechnung: - Vereinfachtes Berechnungsverfahren </li></ul><ul><li>- Allgemeines Berechnungsverfahren </li></ul><ul><li>Heißbemessung: - Vereinfachtes Berechnungsverfahren (Temperaturebene, Tragfähigkeitsebene) </li></ul><ul><li>- Allgemeines Berechnungsverfahren </li></ul><ul><li>Vereinfachtes Berechnungsverfahren: - Einzelbauteile - Ungezwängte Bauteile </li></ul><ul><li>Allgemeines Berechnungsverfahren: - Gezwängte Bauteile </li></ul><ul><li>- Gesamttragsysteme </li></ul>Brandschutzbemessung Zusammenfassung und Fazit
  89. 89. Zusammenfassung und Fazit <ul><li>Leistungsorient. Bemessung ist aufwändige Vorgehensweise </li></ul><ul><ul><li>Berechnung Erwärmung </li></ul></ul><ul><ul><li>Simulation Tragverhalten </li></ul></ul><ul><ul><li>Abstimmung mit Genehmigungsbehörden </li></ul></ul><ul><ul><li>=> Anwendung zurzeit nur in Einzelfällen </li></ul></ul><ul><li>Wann rentiert sich leistungsorientierte Bemessung (Heißbemessung)? </li></ul><ul><ul><li>Stahlkonstruktionen </li></ul></ul><ul><ul><li>Bestehende Stahlbetonkonstruktionen </li></ul></ul><ul><ul><li>Bemessung nach DIN 4102 nicht möglich oder Feuerwiderstandsdauer zu gering </li></ul></ul><ul><li>Optimierte Tragkonstruktion </li></ul><ul><ul><li>Geringe Dimensionierung der Querschnitte </li></ul></ul><ul><ul><li>Verringerung von Bekleidungsmaßnahmen </li></ul></ul><ul><ul><li>Wirtschaftliche Konstruktion </li></ul></ul>

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