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Next Generation Fire Engineering
Rauch- und Wärmeableitung
Sanierung des Materialprüfamts TU München
Dipl.-Ing. Jana Köllner
Fachplanerin für vorbeugenden Brandschutz
Next Generation Fire Engineering
Angaben zum
Gebäude
2
Anlass und
Aufgaben-
stellung
1
Ergebnisse
4
Randbeding-
ungen und
Schutzziele
3
Inhalt
Schlussbetrach-
tung
5
Next Generation Fire Engineering
Anforderungen an das Dachtragwerk
• für Brandschutzanforderungen an das Stahlbeton-Sheddach vor
aufgehender Fassade gilt:
Dächer von Anbauten, die an Außenwände mit Öffnungen
oder ohne Feuerwiderstandsfähigkeit anschließen,
müssen innerhalb eines Abstands von 5m mit der
Feuerwiderstandsfähigkeit der Decken ausgeführt sein
• Prüfung durch Simulation, ob im Bereich des Stahlbeton-
Sheddaches bauordnungsrechtliche Schutzziele gewährleistet
werden können
• Temperaturen, im Bereich des Dachtragwerkes und der
aufgehenden Fassaden oberhalb des Stahlbeton-Sheddaches im
3.OG, mit Hilfe einer CFD-Simulation ermittelt und bewertet
Anlass und
Aufgaben-
stellung
1
Next Generation Fire Engineering
Versuchshalle
Angaben zum
Gebäude
2
Next Generation Fire Engineering
Deckenkonstruktion und Dachtragwerk
Randbeding-
ungen und
Schutzziele
3
Next Generation Fire Engineering
Nachzuweisende Schutzziele
Randbeding-
ungen und
Schutzziele
3
1. Brandüberschlag
 Fensterscheiben innerhalb des Sheddaches werden nicht
durch Temperaturbeanspruchung im Bereich des
Dachtragwerkes zerstört
 keine unzulässige Temperaturbeanspruchung der
aufgehenden Fassade
 Verhinderung des Brandüberschlags; Kriterium < 200°C
2. Tragfähigkeit Dachschalen
 keine Betonabplatzungen durch
Temperaturbeanspruchung; Kriterium < 300°C
Next Generation Fire Engineering
Brandszenarien
Randbeding-
ungen und
Schutzziele
3
• Szenario 1
Lage Brandherd und Zuluftöffnungen Szenario 1
Q‘max [kW] = q‘max [kW/m²] * Af [m²] * γfi,HRR
Q‘max = 300 * 80 * 1,034738846 = 24.834 [kW]
Zeitlicher Verlauf der Wärme-
freisetzungsrate Szenario 1
Next Generation Fire Engineering
Brandszenarien
Randbeding-
ungen und
Schutzziele
3
• Szenario 2
Brandfläche durch Größe Galerie bestimmt: 23,30 m²
Q‘max [kW] = q‘max [kW/m²] * Af [m²] * γfi,HRR
Q‘max = 300 * 23,30 * 1,034738846 = 7.233 [kW]
Lage Brandherd und Zuluftöffnungen Szenario 2
Zeitlicher Verlauf der Wärme-
freisetzungsrate Szenario 2
Next Generation Fire Engineering
Randbedingungen
Randbeding-
ungen und
Schutzziele
3
• Rauch- und Wärmeabzugsflächen unberücksichtigt →
größtmögliche thermische Beanspruchung der Tragkonstruktion
• Zerstörung von Fensterflächen in Simulation soll Entlastung und
thermische Beanspruchung der aufgehenden Fassade (3.OG)
darlegen → Glas in Sheddach wird zu 50 % zerstört, wenn
Temperatur von 300°C in Mitte des Glases auftritt
• Zuluftflächen stellen Sauerstoff in Simulation sicher
• 2 Gitter pro Simulationsmodell
• Knotenabstände 0,15 m → 4,7 Millionen Gitterzellen pro
Simulationsmodell
• Umgebungs- und Innentemperatur zu Brandbeginn: 20°C
• Ermittlung maßgebender Temperaturen
Next Generation Fire Engineering
Szenario 1
Temperatur im Querschnitt zum Zeitpunkt t = 360 s
Ergebnisse
4
Next Generation Fire Engineering
Szenario 1
Temperatur im Längsschnitt zum Zeitpunkt t = 360 s
Ergebnisse
4
Next Generation Fire Engineering
Szenario 1
Temperatur im Horizontalschnitt zum Zeitpunkt t = 360 s
Ergebnisse
4
Next Generation Fire Engineering
Szenario 1
Temperatur im Querschnitt zum Zeitpunkt t = 5.400 s
Ergebnisse
4
Next Generation Fire Engineering
Szenario 1
Temperatur im Längsschnitt zum Zeitpunkt t = 5.400 s
Ergebnisse
4
Next Generation Fire Engineering
Szenario 1
Temperatur im Horizontalschnitt zum Zeitpunkt t = 5.400 s
Ergebnisse
4
Next Generation Fire Engineering
Szenario 1
Temperaturverläufe entlang des maßgeblichen Deckenträgers (Reihe 15), h = 10,80 m
Ergebnisse
4
Next Generation Fire Engineering
Szenario 1
Temperaturverläufe entlang des maßgeblichen Sheddachreiters (Reihe 16), h = 12,40 m
Ergebnisse
4
Next Generation Fire Engineering
Szenario 1
Temperaturverläufe der maßgebenden Messpunkte an der aufgehenden Fassade
Ergebnisse
4
Next Generation Fire Engineering
Szenario 1
• Nachweis und Bewertung
– unter Deckenträgern sowie Sheds aus Stahlbeton: Temperaturen
< 300°C
– im Bereich aufgehende Fassade: Temperaturen ca. 100°C
→ keine großflächige Zerstörung Sheddach oder
Deckenträger zu erwarten
– durch Berücksichtigung Rauch- und Wärmeabzugsmaßnahmen:
geringere Temperaturen anzunehmen → Nachweis
Standsicherheit im Brandfall erbracht
– zu erwartende Temperaturbeanspruchung Fassade: max. 100°C
→ weit unter angenommenem Schutzzielkriterium (Papier:
200°C) → Nachweis Verhinderung Brandüberschlag erbracht
Ergebnisse
4
Next Generation Fire Engineering
Szenario 2
Temperatur im Querschnitt zum Zeitpunkt t = 360 s
Ergebnisse
4
Next Generation Fire Engineering
Szenario 2
Temperatur im Längsschnitt zum Zeitpunkt t = 360 s
Ergebnisse
4
Next Generation Fire Engineering
Szenario 2
Temperatur im Horizontalschnitt zum Zeitpunkt t = 360 s
Ergebnisse
4
Next Generation Fire Engineering
Szenario 2
Temperatur im Querschnitt zum Zeitpunkt t = 5.400 s
Ergebnisse
4
Next Generation Fire Engineering
Szenario 2
Temperatur im Längsschnitt zum Zeitpunkt t = 5.400 s
Ergebnisse
4
Next Generation Fire Engineering
Szenario 2
Temperatur im Horizontalschnitt zum Zeitpunkt t = 5.400 s
Ergebnisse
4
Next Generation Fire Engineering
Szenario 2
Temperaturverläufe entlang des maßgeblichen Deckenträgers (Reihe 2), h = 10,80 m
Ergebnisse
4
Next Generation Fire Engineering
Szenario 2
Temperaturverläufe entlang des maßgeblichen Sheddachreiters (Reihe 2), h = 12,40 m
Ergebnisse
4
Next Generation Fire Engineering
Szenario 2
Temperaturverläufe der maßgebenden Messpunkte an der aufgehenden Fassade
Ergebnisse
4
Next Generation Fire Engineering
Szenario 2
• Nachweis und Bewertung
– unter Deckenträgern sowie Sheds aus Stahlbeton:
Temperaturen im ungünstigsten Fall 300°C; im
überwiegenden Teil des Gebäudes < 300°C
– im Bereich aufgehende Fassade: Temperaturen max.
160°C
– durch Temperaturbeanspruchung maßgebender
Deckenträger oberhalb festgelegter kritischer Temperatur
von 300°C → lokales Versagen Deckenträger mit
auflagernden Sheds → wird toleriert, wenn
Tragkonstruktion Gesamtgebäude unabhängig vom
maßgebenden Bauteil
Ergebnisse
4
Next Generation Fire Engineering
Szenario 2
• Nachweis und Bewertung
– Versagen nur im Bereich Galerie aufgrund geringem
Abstand Dachtragwerk; durch Berücksichtigung Rauch-
und Wärmeabzugsmaßnahmen: geringere Temperaturen
anzunehmen → Nachweis Standsicherheit im Brandfall für
übrige Halle erbracht
– kann mögliches lokales Versagen nicht akzeptiert werden
→ Deckenträger im Bereich Galerie ertüchtigen
– zu erwartende Temperatur Fassade: max. 160°C → unter
angenommenem Schutzzielkriterium (Papier: 200°C) →
Nachweis Verhinderung Brandüberschlag erbracht
Ergebnisse
4
Next Generation Fire Engineering
Zusammenfassung
• Thermische Beanspruchung Decken- und
Dachtragkonstruktion sowie aufgehende Fassade
oberhalb Sheddach für zwei Brandszenarien untersucht
und Ergebnisse bewertet
• Nachweis über Einhaltung bauordnungsrechtlicher
Schutzziele zur Verhinderung des Brandüberschlages
gemäß Anforderung von Art. 30 (7) BayBO ohne
Maßnahmen im Bereich Stahlbeton-Sheddach erbracht
• Brandszenario 2: lokales Versagen Dachtragwerk direkt
über neu erstellter Galerie zu erwarten →
Ertüchtigungsmaßnahmen, wenn Situation nicht
akzeptabel
Schlussbetrach-
tung
5
Next Generation Fire Engineering
hhpberlin
Ingenieure für Brandschutz GmbH
Hauptsitz
Rotherstraße 19 · 10245 Berlin
Amtsgericht
Berlin-Charlottenburg
Register-Nr.: HRB 78 927
Ust-ID Nr.: DE217656065
Geschäftsführung:
Dipl.-Ing. Karsten Foth
Dipl.-Inf. BW [VWA] Stefan Truthän
Beirat:
Dipl.-Ing. Margot Ehrlicher
Prof. Dr.-Ing. Dietmar Hosser
Dr.-Ing. Karl-Heinz Schubert

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Rauch- und Waermeableitung - Materialpruefamt TU Muenchen

  • 1. Next Generation Fire Engineering Rauch- und Wärmeableitung Sanierung des Materialprüfamts TU München Dipl.-Ing. Jana Köllner Fachplanerin für vorbeugenden Brandschutz
  • 2. Next Generation Fire Engineering Angaben zum Gebäude 2 Anlass und Aufgaben- stellung 1 Ergebnisse 4 Randbeding- ungen und Schutzziele 3 Inhalt Schlussbetrach- tung 5
  • 3. Next Generation Fire Engineering Anforderungen an das Dachtragwerk • für Brandschutzanforderungen an das Stahlbeton-Sheddach vor aufgehender Fassade gilt: Dächer von Anbauten, die an Außenwände mit Öffnungen oder ohne Feuerwiderstandsfähigkeit anschließen, müssen innerhalb eines Abstands von 5m mit der Feuerwiderstandsfähigkeit der Decken ausgeführt sein • Prüfung durch Simulation, ob im Bereich des Stahlbeton- Sheddaches bauordnungsrechtliche Schutzziele gewährleistet werden können • Temperaturen, im Bereich des Dachtragwerkes und der aufgehenden Fassaden oberhalb des Stahlbeton-Sheddaches im 3.OG, mit Hilfe einer CFD-Simulation ermittelt und bewertet Anlass und Aufgaben- stellung 1
  • 4. Next Generation Fire Engineering Versuchshalle Angaben zum Gebäude 2
  • 5. Next Generation Fire Engineering Deckenkonstruktion und Dachtragwerk Randbeding- ungen und Schutzziele 3
  • 6. Next Generation Fire Engineering Nachzuweisende Schutzziele Randbeding- ungen und Schutzziele 3 1. Brandüberschlag  Fensterscheiben innerhalb des Sheddaches werden nicht durch Temperaturbeanspruchung im Bereich des Dachtragwerkes zerstört  keine unzulässige Temperaturbeanspruchung der aufgehenden Fassade  Verhinderung des Brandüberschlags; Kriterium < 200°C 2. Tragfähigkeit Dachschalen  keine Betonabplatzungen durch Temperaturbeanspruchung; Kriterium < 300°C
  • 7. Next Generation Fire Engineering Brandszenarien Randbeding- ungen und Schutzziele 3 • Szenario 1 Lage Brandherd und Zuluftöffnungen Szenario 1 Q‘max [kW] = q‘max [kW/m²] * Af [m²] * γfi,HRR Q‘max = 300 * 80 * 1,034738846 = 24.834 [kW] Zeitlicher Verlauf der Wärme- freisetzungsrate Szenario 1
  • 8. Next Generation Fire Engineering Brandszenarien Randbeding- ungen und Schutzziele 3 • Szenario 2 Brandfläche durch Größe Galerie bestimmt: 23,30 m² Q‘max [kW] = q‘max [kW/m²] * Af [m²] * γfi,HRR Q‘max = 300 * 23,30 * 1,034738846 = 7.233 [kW] Lage Brandherd und Zuluftöffnungen Szenario 2 Zeitlicher Verlauf der Wärme- freisetzungsrate Szenario 2
  • 9. Next Generation Fire Engineering Randbedingungen Randbeding- ungen und Schutzziele 3 • Rauch- und Wärmeabzugsflächen unberücksichtigt → größtmögliche thermische Beanspruchung der Tragkonstruktion • Zerstörung von Fensterflächen in Simulation soll Entlastung und thermische Beanspruchung der aufgehenden Fassade (3.OG) darlegen → Glas in Sheddach wird zu 50 % zerstört, wenn Temperatur von 300°C in Mitte des Glases auftritt • Zuluftflächen stellen Sauerstoff in Simulation sicher • 2 Gitter pro Simulationsmodell • Knotenabstände 0,15 m → 4,7 Millionen Gitterzellen pro Simulationsmodell • Umgebungs- und Innentemperatur zu Brandbeginn: 20°C • Ermittlung maßgebender Temperaturen
  • 10. Next Generation Fire Engineering Szenario 1 Temperatur im Querschnitt zum Zeitpunkt t = 360 s Ergebnisse 4
  • 11. Next Generation Fire Engineering Szenario 1 Temperatur im Längsschnitt zum Zeitpunkt t = 360 s Ergebnisse 4
  • 12. Next Generation Fire Engineering Szenario 1 Temperatur im Horizontalschnitt zum Zeitpunkt t = 360 s Ergebnisse 4
  • 13. Next Generation Fire Engineering Szenario 1 Temperatur im Querschnitt zum Zeitpunkt t = 5.400 s Ergebnisse 4
  • 14. Next Generation Fire Engineering Szenario 1 Temperatur im Längsschnitt zum Zeitpunkt t = 5.400 s Ergebnisse 4
  • 15. Next Generation Fire Engineering Szenario 1 Temperatur im Horizontalschnitt zum Zeitpunkt t = 5.400 s Ergebnisse 4
  • 16. Next Generation Fire Engineering Szenario 1 Temperaturverläufe entlang des maßgeblichen Deckenträgers (Reihe 15), h = 10,80 m Ergebnisse 4
  • 17. Next Generation Fire Engineering Szenario 1 Temperaturverläufe entlang des maßgeblichen Sheddachreiters (Reihe 16), h = 12,40 m Ergebnisse 4
  • 18. Next Generation Fire Engineering Szenario 1 Temperaturverläufe der maßgebenden Messpunkte an der aufgehenden Fassade Ergebnisse 4
  • 19. Next Generation Fire Engineering Szenario 1 • Nachweis und Bewertung – unter Deckenträgern sowie Sheds aus Stahlbeton: Temperaturen < 300°C – im Bereich aufgehende Fassade: Temperaturen ca. 100°C → keine großflächige Zerstörung Sheddach oder Deckenträger zu erwarten – durch Berücksichtigung Rauch- und Wärmeabzugsmaßnahmen: geringere Temperaturen anzunehmen → Nachweis Standsicherheit im Brandfall erbracht – zu erwartende Temperaturbeanspruchung Fassade: max. 100°C → weit unter angenommenem Schutzzielkriterium (Papier: 200°C) → Nachweis Verhinderung Brandüberschlag erbracht Ergebnisse 4
  • 20. Next Generation Fire Engineering Szenario 2 Temperatur im Querschnitt zum Zeitpunkt t = 360 s Ergebnisse 4
  • 21. Next Generation Fire Engineering Szenario 2 Temperatur im Längsschnitt zum Zeitpunkt t = 360 s Ergebnisse 4
  • 22. Next Generation Fire Engineering Szenario 2 Temperatur im Horizontalschnitt zum Zeitpunkt t = 360 s Ergebnisse 4
  • 23. Next Generation Fire Engineering Szenario 2 Temperatur im Querschnitt zum Zeitpunkt t = 5.400 s Ergebnisse 4
  • 24. Next Generation Fire Engineering Szenario 2 Temperatur im Längsschnitt zum Zeitpunkt t = 5.400 s Ergebnisse 4
  • 25. Next Generation Fire Engineering Szenario 2 Temperatur im Horizontalschnitt zum Zeitpunkt t = 5.400 s Ergebnisse 4
  • 26. Next Generation Fire Engineering Szenario 2 Temperaturverläufe entlang des maßgeblichen Deckenträgers (Reihe 2), h = 10,80 m Ergebnisse 4
  • 27. Next Generation Fire Engineering Szenario 2 Temperaturverläufe entlang des maßgeblichen Sheddachreiters (Reihe 2), h = 12,40 m Ergebnisse 4
  • 28. Next Generation Fire Engineering Szenario 2 Temperaturverläufe der maßgebenden Messpunkte an der aufgehenden Fassade Ergebnisse 4
  • 29. Next Generation Fire Engineering Szenario 2 • Nachweis und Bewertung – unter Deckenträgern sowie Sheds aus Stahlbeton: Temperaturen im ungünstigsten Fall 300°C; im überwiegenden Teil des Gebäudes < 300°C – im Bereich aufgehende Fassade: Temperaturen max. 160°C – durch Temperaturbeanspruchung maßgebender Deckenträger oberhalb festgelegter kritischer Temperatur von 300°C → lokales Versagen Deckenträger mit auflagernden Sheds → wird toleriert, wenn Tragkonstruktion Gesamtgebäude unabhängig vom maßgebenden Bauteil Ergebnisse 4
  • 30. Next Generation Fire Engineering Szenario 2 • Nachweis und Bewertung – Versagen nur im Bereich Galerie aufgrund geringem Abstand Dachtragwerk; durch Berücksichtigung Rauch- und Wärmeabzugsmaßnahmen: geringere Temperaturen anzunehmen → Nachweis Standsicherheit im Brandfall für übrige Halle erbracht – kann mögliches lokales Versagen nicht akzeptiert werden → Deckenträger im Bereich Galerie ertüchtigen – zu erwartende Temperatur Fassade: max. 160°C → unter angenommenem Schutzzielkriterium (Papier: 200°C) → Nachweis Verhinderung Brandüberschlag erbracht Ergebnisse 4
  • 31. Next Generation Fire Engineering Zusammenfassung • Thermische Beanspruchung Decken- und Dachtragkonstruktion sowie aufgehende Fassade oberhalb Sheddach für zwei Brandszenarien untersucht und Ergebnisse bewertet • Nachweis über Einhaltung bauordnungsrechtlicher Schutzziele zur Verhinderung des Brandüberschlages gemäß Anforderung von Art. 30 (7) BayBO ohne Maßnahmen im Bereich Stahlbeton-Sheddach erbracht • Brandszenario 2: lokales Versagen Dachtragwerk direkt über neu erstellter Galerie zu erwarten → Ertüchtigungsmaßnahmen, wenn Situation nicht akzeptabel Schlussbetrach- tung 5
  • 32. Next Generation Fire Engineering hhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH Hauptsitz Rotherstraße 19 · 10245 Berlin Amtsgericht Berlin-Charlottenburg Register-Nr.: HRB 78 927 Ust-ID Nr.: DE217656065 Geschäftsführung: Dipl.-Ing. Karsten Foth Dipl.-Inf. BW [VWA] Stefan Truthän Beirat: Dipl.-Ing. Margot Ehrlicher Prof. Dr.-Ing. Dietmar Hosser Dr.-Ing. Karl-Heinz Schubert