Methoden und Vorschriften - Feuerwiderstandsprüfungen

Grenzzustände des Feuerwiderstands

Der Grenzzustand des Feuerwiderstands richtet sich in erster Linie nach der Bauart. Ob tragendes oder nicht tragendes Element, ob Wand, Säule oder Tür. Die Vorschriften definieren eine Reihe von Grenzzuständen. Die vier am häufigsten verwendeten Typen sind R, E, I, W.

(a) R = Widerstand und Stabilität, (b) E = Integrität, (c) I = Isolierfunktion, (d) W = Firewalls

Grenzzustand „R“ (Widerstand und Stabilität)

Der Grenzzustand „R“ gilt für alle tragenden Konstruktionen (auch im Brandabschnitt). Vor allem solche, die die Gebäudestabilität gewährleisten. Diese müssen auch im Brandfall ihre tragende Funktion behalten. Für den Grenzzustand 'R' spielt es keine Rolle, ob es sich um ein Balken- oder Plattentragwerk handelt. Der Grenzzustand R muss für Wände, Stützen, Balken, Dachstühle, Pfetten, aber auch durch Aussteifungen etc. erfüllt sein.

Grenzzustand „E“ (Integrität)

Der Grenzzustand „E“ gilt für alle Oberflächen von Brandabschottungsbauwerken. Bei einem Brand darf sich in der Brandabschnittsstruktur kein Riss bilden, durch den Flammen durchdringen oder heiße Gase in einen anderen Abschnitt eindringen könnten. Die Brandsicherheit muss durch Brandwände und Decken, die die Brandabschnitte trennen, andere Brandtrennwände oder -untersichten (hinter denen sich möglicherweise Prozesskanäle usw. befinden) und gegebenenfalls Feuerabschlüsse (z. B. Türen) gewährleistet werden.

Grenzzustand „I“ (Isolierfunktion)

Der Grenzzustand „I“ gilt für flächige Brandabschottungsbauwerke, die eine übermäßige Erwärmung des Raumes auf der brandabgewandten Seite verhindern sollen. Material auf oder neben der unbeheizten Seite darf sich nicht entzünden. Die Isolierfähigkeit ist insbesondere durch massiv eingebaute flächige Konstruktionen wie Brandschotts und Decken zwischen Brandabschnitten zu erfüllen. Dies bedeutet, dass es sich überwiegend um innere Elemente handelt, bei denen auf beiden Seiten des Bauwerks ein Brand entstehen kann und bei denen Personen auf der unbeheizten Seite wahrscheinlich gefährdet sind. Feuerabsperrungen, die auf einen geschützten Fluchtweg öffnen, müssen ebenfalls dem Grenzzustand „I“ entsprechen.

Grenzzustand "W" (Begrenzung der Wärmeabstrahlung)

Die Wärmeabstrahlungsbeschränkungen gelten für flächige Brandabschottungskonstruktionen, sie sind ähnlich dem „I“, jedoch mit weniger strengen Anforderungen. Der Grenzzustand „W“ kann die Erwärmung nicht verhindern, er begrenzt nur bedingt den Wärmestrom, der von der brandabgewandten Seite des Bauwerks abgestrahlt wird. Dieser Strahlungswärmestrom darf jedoch keine Brandausbreitung bewirken oder flüchtende Personen in der Nähe eines solchen Bauwerks gefährden. Sie ist daher auf 15 kW/m2 begrenzt.

Feuerwiderstandsdauer

TDie Feuerwiderstandsdauer ist definiert als der Zeitraum, in dem das Bauwerk den Einwirkungen von Feuer standhalten oder den geforderten Grenzzustand (oder mehrere Grenzzustände) erfüllen muss. Die Feuerwiderstandsdauer wird in Minuten bestimmt. Die grundlegenden Klassifizierungszeiträume sind auf 15, 30, 45, 60, 90, 120 und 180 Minuten festgelegt.

Belastung während eines Feuerwiderstands

Nach der Euronorm können Sie die Extremlast bei einem Brand vereinfacht als 70% der Lastkombination für ULS betrachten.

Feuerwiderstandsmethoden

Die Bemessungsmethoden variieren je nach Ansatz, Genauigkeit und Komplexität der Berechnung. Bei der Analyse eines kritischen Elements können wir die tabellarische Methode verwenden, die die konservativste ist.

Sollte die Normüberprüfung nicht zufriedenstellend sein, besteht die Möglichkeit zu genaueren Methoden wie der Isotherm 500 oder der sogenannten Zonenmethode überzugehen. Im Falle einer Analyse eines Teils der Struktur oder sogar der gesamten Struktur können numerische Simulationen wie Wärmeleitung, Konvektion oder Strahlung verwendet werden.

Grundannahmen der tabellarischen Methode

• Alle Werte gelten in erster Linie für silikatische Aggregate (am anfälligsten für Brandeinwirkungen)
• Bei Kalksteinaggregat kann die kleinste erforderliche Steingröße um 10 % reduziert werden
• Die Feuchtigkeit des Betons muss unter 3% liegen, sonst besteht Explosionsgefahr
• Die kritische Temperatur der Betonbewehrung beträgt 500 °C
• Die kritische Temperatur für die Spannbewehrung beträgt 400 °C (Stäbe) bzw. 350 °C (Spannglieder und Drähte)
• Der Achsabstand der Bewehrung von der Oberfläche muss kleiner als 70 mm sein, ansonsten muss eine Oberflächenbewehrung berücksichtigt werden 
• Bei mehrlagigen Bewehrungslagen ist der durchschnittliche Achsabstand vom Rand zu berechnen, wobei der kleinste Achsabstand einer Lage mindestens das Kriterium R30 . erfüllt
• Zwischen den Werten in den Tabellen kann linear interpoliert werden
• Die in den Tabellen angegebenen Werte sind Mindestwerte und die Bemessungsgrundlagen nach Normen sind zusätzlich zu beachten

Stütze 

Stützen werden im Allgemeinen mit Methode A oder B Norm geprüft. Die Entscheidung, welche Methode zu verwenden ist, hängt allein von der Wahl des Engineerings ab. Die Normüberprüfung gilt für Stützen, die hauptsächlich dem Normaldruck ausgesetzt sind und für ausgesteifte Konstruktionen.

Methode A

• Die maximale effektive Länge erreicht 3 m.
• Die effektive Länge beträgt 0,7*L für das oberste Stockwerk und 0,5*L für jedes weitere Stockwerk.
• Anfängliche Unregelmäßigkeiten betragen weniger als 15 % der Querschnittshöhe.
• Die maximale Bewehrungsfläche beträgt weniger als 4% der Betonquerschnittsfläche.

Methode B

• Das Verfahren gilt nur für versteifte Tragwerke. 
• Die effektive Länge der Säule kann mehr als 3 Meter betragen.

Balken

Die Normüberprüfung von Balkenelementen ist nur für Rechteck-, T- oder I-Profilquerschnitte möglich. Im nächsten Schritt muss zwischen Einfeld- oder Durchlaufträgern unterschieden werden.

Platten

Wie bei Balkenelementen müssen Sie zwischen einer einfach gelagerten Platte oder einer durchgehenden Platte wählen. Ein weiterer Aspekt unterscheidet zwischen Stützen, die durch Wände oder Säulen gebildet werden.

a) Einbahnige Platte, b) Zweibahnige Decke, c) Fortgesetzte Platte - Wände, d) Fortgesetzte Platte - Stützen

Wände

• Das Verhältnis zwischen Höhe und Dicke muss kleiner als 40 sein
• Feuerwiderstand EI – Integrität und Isolierfunktion, lagerlos
• Feuerbeständigkeit REI – Integrität und Isolierfunktion, tragende Funktion

Zusammenfassung

Für die Normüberprüfug des Feuerwiderstands von Bauwerken wird meist die tabellarische Methode bevorzugt, bei der der Ingenieur sehr schnell einen Pass/Fail-Status erhält. Auch fortgeschrittenere Methoden wie die Isotherm 500 oder die Zonenmethode werden häufig eingesetzt. Die erweiterten Methoden werden verwendet, wenn kritische Elemente wie eine Stütze, ein Balken, eine Wand oder eine Platte bei der tabellarischen Methode versagen. Numerische Simulationsmethoden wie Konduktion, Konvektion oder Strahlung werden hauptsächlich im akademischen Umfeld eingesetzt. IDEA StatiCa RCS enthält die oben genannten tabellarischen Methoden. Die Entwicklung bei IDEA StatiCa verlagert die Analyse von tabellarischen Methoden auf die Ebene numerischer Methoden. Freuen Sie sich also in naher Zukunft auf die instationäre Wärmeleitungsanalyse in IDEA StatiCa Member.