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Heißbemessung

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  • Im Folgenden soll die Entstehung von Zwangspannungen bei in das Gesamttragwerk eingebetteten Bauteilen erläutert werden, die sich nicht frei verformen können. Rote Linie: Temperaturverteilung über den Querschnitt zu einem bestimmten Zeitpunkt. Blau Linie: affin dazu die thermische Dehnung Mit der schwarzen Linie werden die sich ausbildenden Dehnungen Epsilon dargestellt (vergleichbar mit den gemessenen Dehnungen im Versuch) Die Differenz zwischen Epsilon und epsilon thermisch ergibt die durch die Behinderung der freien Verformbarkeit erzeugte spannungserzeugende Dehnung. Temperaturverteilung über Querschnitt nach 60 Minuten Affin zum Temperaturverlauf thermische Dehnung. Spannungserzeugende Dehnung Im Untergurt Erreicht sowohl im Feld als an der Stütze nach 60 Minuten die Prop.-grenze, die durch Erwärmung abfällt. Im Obergurt wird nach 60 Minuten
  • ...Ein natürlicher Brand kann i.a. in 3 Phasen unterteilt werden. Brandentw.-phase (quadrat. Ansatz) Vollbrandphase RHR verläuft konstant wird durch das maximum begrenzt Wenn 70% der Brandlast aufgezehrt sind tritt Abklingphase ein, in der die RHR linear abfällt, bis ges. Brandlast verbrannt Das Integral der RHR (Fläche unter Kurve) gibt die Menge der verbrannten Brandlast wieder
  • In diesem Diagr. wird die zeitl. Korrelation zwischen RHR und der mit Hilfe eines Wärmebilanzmodell (Zonenmodell) berechneten Heißgastem.-Zeitkurve deutlich. Sachverhalt wiederholt sich bei anderen Konfigurationen. ... Rechts ist die Energiefreisetzungsrate und auf der linken Achse die Temperatur über der Zeit aufgetragen. Korrelation muss ja auch so sein, da RHR die freigesetzte Energie vorgibt, die in Temp. Umgesetzt wird Beide Kurven können durch 3 charakt. Punkte zu den Zeitpunten t1, t2 und t3 gekennzeichnet werden an den sich die Steigung der Kurven ändert. Die Ableitung der Realbrandkurven von der Heißgastemp.-kurve erfolgte durch die Bestimmung der zugehörigen Temp.-Werte Groß T1,T2,T3

Heißbemessung Heißbemessung Presentation Transcript

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