Brandschutz Stahlbeton

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Allgemeines

Als für den Tragwerksplaner einzig relevanten Aspekt wird hier der Brandsicherheit im Sinne der konstruktiven Durchbildung der Bauteile nachgegangen. Die „heißbemessenen“ Bauteile werden hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit und gegebenenfalls auf Begrenzung der Brandausbreitung untersucht.

Dabei wird in folgende Anforderungskriterien gegliedert:
- Tragfähigkeit (R): Die Erhaltung der Tragfähigkeit des Bauteils oder des Tragwerks unter vorhandener Belastung beim Brandfall
- Raumabschluss (E): Das Verhindern von Durchdringen der Flammen oder Gasen durch das Bauteil auf die brandabgewandte Seite
- Wärmedämmung (I): Erhitzung durch das Bauteil hindurch auf die brandabgewandte Seite und Gefahr der Entflammung

Alle drei Kriterien werden jeweils bezüglich ihrer Widerstandsdauer untersucht.
Der Eurocode [N 1] stellt drei Nachweisverfahren zur Verfügung, von denen hier das vereinfachte Verfahren mit Tabellen nach Eurocode 2-1-2, Abs. 5.1-5.7 vorgestellt wird.
Wenn indirekte Einwirkungen - also solche, die aus Verformungen im Brandfall resultieren - vernachlässigbar klein sind, gilt vereinfachend die außergewöhnliche Einwirkungskombination als über den Brandverlauf konstant:



mit:

- der außergewöhnlichen Kombination für den Brandfall (mit den Indizes fire, design, time)
- der außergewöhnlichen Kombination über den Brandfall konstant


Die Einwirkung während des Brandes kann mittels Reduktionsfaktor aus der Einwirkung unter Normaltemperatur ermittelt werden:



mit:

- der Bemessungseinwirkung während des Brandfalls
- der Bemessungseinwirkung bei Normaltemperatur
- dem Reduktionsfaktor


Der Reduktionsfaktor kann vereinfachend und auf der sicheren Seite mit 0,7 angenommen werden oder aber folgendermaßen berechnet werden:



mit:

- der ständigen, charakteristische Einwirkungen (mit Index charakteristisch)
- der veränderlichen, charakteristische Leiteinwirkung
- dem Teilsicherheitsbeiwert für ständige Einwirkungen
- dem Teilsicherheitsbeiwert für veränderliche Leiteinwirkung

Nachweis mit Tabellen

Der Nachweis ist nur mit Normalbeton zu führen, bei kalksteinhaltigen Zuschlägen dürfen die Mindestquerschnittsabmessungen um 10% reduziert werden. Die Anforderungskriterien (E) und (I) werden mit Einhalten der Mindestquerschnittsabmessungen in den jeweiligen Tabellen abgegolten, die Anforderungen an die Tragfähigkeit (R) mit den Mindestquerschnittsabmessungen und dem Achsabstand der Bewehrung.


Stahlbetonstützen

Die vorgestellten Methoden A und B sind lediglich bei ausgesteiften Stützen anwendbar, für Kragstützen ist die Anwendung demnach nicht möglich. Stattdessen erfolgt bei diesen eine genauere Heißbemessung.


Methode A

Bedingungen:
- maximale Ersatzlänge im Brandfall l0 = 3m
- Bewehrungsgrad kleiner als 4%

Folgende Tabelle gilt für Bemessung nach Methode A:

Baustatik-Wiki

Die Tabelle erfordert eine berechnete Betondruckfestigkeit ohne den Faktor .
Eingangswerte sind die der Musterbauordnung entnommene, von der Gebäudeklasse abhängige, Feuerwiderstandsklassen R (n) und der Ausnutzungsgrad im Brandfall μfi.
Der Ausnutzungsgrad berechnet sich mit


mit:

- dem Ausnutzungsgrad im Brandfall (mit Index fire)
- dem Bemessungswert der Normalkraft im Brandfall
- dem Bemessungswiderstand der Normalkraft bei Normaltemperatur.


Eine Interpolation zwischen den Ausnutzungsgraden ist möglich.
Alternativ zur Tabelle kann folgende Gleichung für die Branddauer R in Minuten verwendet werden:



mit folgenden Summanden:



mit:

- dem Ausnutzungsgrad im Brandfall, siehe oben
- dem mechanischer Bewehrungsgrad
- dem Abminderungsbeiwert der Betondruckfestigkeit zur Berücksichtigung der Langzeiteinwirkungen
- dem Achsabstand der Längsbewehrung,
- der Ersatzstablänge im Brandfall,
- der Anzahl der Bewehrungsstäbe
= für Rechteckquerschnitte, = Stütze für Kreisquerschnitte,


Der Nachweis ist erfüllt, wenn die tatsächliche Brandwiderstandsdauer mindestens der geforderten Brandwiderstandsdauer entspricht.

Methode B

Bedingungen:
- unverschiebliche Stütze
- maximale planmäßige Ausmitte e im Brandfall gleich 100mm
- Verhältnis planmäßiger Ausmitte im Brandfall zu kleinster Stützenabmessung
- Schlankheit der Stütze im Brandfall kleiner gleich 30

Eingangswerte in die Tabelle sind der mechanische Bewehrungsgrad ω, die geforderte Brandwiderstandsdauer und n, das Lastniveau bei Normaltemperatur. Dabei gilt



mit:

- der Ersatzstablänge im Brandfall
- der Bemessungsnormalkraft nach Theorie I. Ordnung im Brandfall
- dem Bemessungsmoment nach Theorie I. Ordnung im Brandfall
i - dem kleinsten Trägheitsradius


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Platten

In der angegebenen Tabelle können anhand der Feuerwiderstandsklasse die Mindestdicke der Platte und die Mindestachsabstände der Bewehrungseisen entnommen werden

Mindestmaße und -achsabstände für statisch bestimmt gelagerte, einachsig und zweiachsig gespannte Stahlbeton- und Spannbetonplatten[F 1]
1 2 3 4 5
1 Feuerwiderstandsklasse Mindestabmessungen [mm]
2 Plattendicke hs Achsabstand a
3 einachsig zweiachsig
4 ly/lx <1,5 1,5 < ly/lx <2
5 REI 30 60 10* 10* 10*
6 REI 60 80 20 10* 15*
7 REI 90 100 30 15* 20
8 REI 120 120 40 20 25
9 REI 180 150 55 30 40
10 REI 240 175 65 40 50
  • lx und ly sind die Spannweiten einer zweiachsig gespannten Platte (beide Richtungen rechtwinklig zueinander), wobei ly die längere Spannweite ist.
  • Bei Spannbetonplatten ist die Vergrößerung des Achsabstandes entsprechend 5.2 (5) zu beachten.
  • Der Achsabstand a in den Spalten 4 und 5 gilt für zweiachsig gespannte Platten, die an allen vier Rändern gestützt sind. Trifft das nicht zu, sind die Platten wie einachsig gespannte Platten zu behandeln.
  • (*)Normalerweise reicht die nach EN 1992-1-1 erforderliche Betondeckung aus.
  • In zweiachsig gespannten Platten bezeichnet a den Achsabstand der Bewehrungsstäbe der unteren Lage.

Balken

Quellen


Normen
  1. DIN EN 1992-1-2 (2010-12), Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken - Teil 1-2: Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall



Fachliteratur
  1. Handbuch Eurocode – Spezialband Tragwerks­bemessung für den Brandfall



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