Brandbemessung von Druckgliedern: Unterschied zwischen den Versionen
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Version vom 6. Januar 2016, 15:12 Uhr
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Einleitung
Für die Brandschutzbemessung von Stahlbetonbaubauteilen benötigt man neben der DIN EN 1992-1-2 ( Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetonbetontragwerken) zusätzlich die DIN EN 1990 (Grundlagen der Tragwerksplanung) und die DIN EN 1991-1-2 ( Einwirkungen auf Tragwerke).
Für eine besser Übersicht siehe in die Auflistung Übersicht Eurocode.
Der Eurocode 2 bietet 3 Bemessungsstufen für die brandschutztechnischen Nachweisführung, wobei mit ansteigender Stufe der Rechenaufwand immer größer wird, dafür wird eine höhere Genauigkeit erreicht.
Grundlagen für die Brandbemessung
In diesem Abschnitt werden grundlegende Begriffe und Themen für die für die Bemessung im Brandfall aufgelistet und erläutert.
Bemessungsverfahren im Stahlbetonbau nach EC 2-1-2
Brandbemessung: Nachweis mit tabellarischen Daten (Stufe 1 mit klassifizierten Bauteilen)
Beim Bemessungsverfahren mittels tabellarischen Daten werden in in der Regel Querschnittsabmessungen des zu untersuchendenden Bauteils verglichen. Die tabellarischen Daten wurden aus sogenannten Normbrandversuche ermittelt. Die im EC2-1-2, Abschnitt 5 enthaltenen Tabellen, in denen in Abhängigkeit von der Feuerwiderstandsdauer Mindestwerte der Querschnittsabmessungen und Achsabstände der Bewehrung festgelegt sind. Die Daten sind bis zu einem Widerstandsdauer von 240 Minuten tabelliert und liegen steht auf der sicheren Seite.
Allgemeine Hinweise zum Nachweis zulässige Bauteile nach dem tabellenverfahren:
Hinweis :
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Der Eurocode 2-1-2 enthält Bemessungstabellen für
- Stützen mit Rechteck- oder Kreisquerschnitten bei ein- und mehrseitigen Brandbeanspruchung.
- Tragende und nichttragende Wände.
- Balken mit Rechteck- und I-Querschnitt bei drei- oder vierseitiger. Brandbeanspruchung
- Einachsig oder zweiachsig gespannte Platten, Durchlaufplatten, Flachdecken und Rippendecken.
Bei Einhaltung der tabellierten Mindestanforderungen gilt im sinne der Tragfähigkeit (Kriterium R) :
(3.1) |
mit
Bemessungswert der Schnittgrößen beim Brand; |
Bemessungswert der Tragfähigkeit (Widerstand) beim Brand |
=====Siehe auch ⇒ Hinweise zu Balken und Platten=====
Hinweis :
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Bemessung von Stützen nach Methode A (Tabelle 5.2 a nach [1] )
Es wird nachstehend die Bemessung einer Stütze mit Rechteck- oder Kreisquerschnitt erläutert. Die Bemessung mit der Methode A wird über den Ausnutzungsgrad der Stahlbetonstütze geführt. Es dürfen nur Stützen, mit einer Ersatzlänge l0,fi ≤ 3,00m für Recheckquerschnitte und l0,fi ≤ 2,5m für Kreisquerschnitte, brandschutztechnisch nachgewiesen werden. Dabei wird der Mindestachsabstand (a) der Bewehrung sowie die auszuführende Mindestquerschnittsgröße (b min ) über die Tabelle 5.2a ermittelt. Die Methode A kann bei zentrisch und exzentrisch () Belastungen belasteten stützen genutzt werden, die einen geometrischen Bewehrungsgrad haben. Die Lastausmitte (e) wird im Basisdokument des Eurocodes [1] emax begrenzt. Daraus resultierend wird die Außermittigkeit e nur durch die „Kaltbemessung bei 20 °C" begrenzt.
- Ersatzlängen der Stützen im Brandfall:
- Rechteckquerschnitte l0,fi ≤ 3,00m
- Kreisquerschnitte l0,fi ≤ 2,50m
- Lastausmitte nach Theorie I. Ordnung im Brandfall ≤ emax ⇒ entfällt nach dem nationalen Anwendungdokument 2010-12
- Bewehrungsquerschnit
Der Lastausnutzungsgrad spielt bei Druckgliedern eine große Rolle und wird wie folgt definiert:
(3.2) |
mit
Bemessungswert der Längskraft beim Brand; |
Bemessungswert der Tragfähigkeit beim Brand; |
Über den Lastausnutzungsgrad kann die Mindestbreite bmin des Querschnittes und der Mindestabstand a der Bewehrung aus der Tabelle 5.2a abgelesen werden. Zwischenwerte dürfen linear interpoliert werden.
Anstelle der Tabelle 5.2a kann auch die Feuerwiderstandsdauer (R) über die Bemessungsgleichung (3.3) entspricht (Gl. (5.7) in EC 2-1-2) ermittelt werden. Bei ihrer Anwendung gelten die Eingangsvoraussetzungen der Methode A, in Abhängigkeit der maßgebenden Einflussgrößen wie Ausnutzungsfaktor, Achsabstand der Bewehrung, Stützenlänge, <smallQuerschnittsbreite und Bewehrungsanordnung. Die entsprechenden Beziehungen werden nachstehend angegeben.
(3.3) entspricht Gl.(5.7) aus EC2 [2] |
mit
Einfluss des Lastniveaus (Lastausnutzung); |
Ausnutzungsgrad im Brandfall; |
mechanischer Bewehrungsgrad für die Betondruckfestigkeit; |
Abminderungsbeiwert für die Betondruckfestigkeit |
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Einfluss des Achsabstandes der Bewehrung; |
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Einfluss der Stützenlänge (Ersatzlänge im Brandfall) |
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(geometrische Form) |
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für Rechteckquerschnitte |
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für Kreisquerschnitte [in mm] |
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für (nur Eckstäbe vorhanden) (Anzahl der Bewehrungsstäbe) für n > 4 |
Hinweis :
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Vereinfachtes Rechenverfahren (Stufe 2)
Es ist bekannt das bei Brandbeanspruchung die Materialeigenschaften bsw. Tragfähigkeit in Abhängigkeit der Temperaturen sich verringern. Siehe hierzu Materialeigenschaften. Die im EC 2-1-2 enthalten im vereinfachten Rechenverfahren beschreiben die Verringerung der Tragfähigkeit von Bauteilen unter Brandbeanspruchung näherungsweise durch eine temperaturabhängige Verkleinerung des Querschnitts und eine Temperatur bedingte Abminderung der Materialeigenschaften beim Brand.
Eine gedankliche Verringerung des Betonquerschnitt berücksichtigt, dass die äußeren, dem Brand direkt ausgesetzten Betonoberflächen aufgezehrt werden und nicht mehr mittragen. Um den Tragfähigkeitsnachweis, analog zum Nachweis für Normaltemperatur nach DIN EN 1992-1-1 zu führen, muss für den gedanklich verringerten Betonquerschnitt lediglich die Festigkeit von Beton und Bewehrungsstahl temperaturabhängig mit den beiwerten KC(θ) bzw. Ks(θ) abgemindert werden.
Zur Ermittlung der benötigten Querschnittstemperaturen können die im EC 2-1-2 informativen Anhang A zusammengestellten Diagrammen mit Temperaturprofilen verwendet werden. Diese profile dürfen für Wände und Platten, Balken und stützen mit üblichen Querschnittsformen bei Brandbeanspruchung nach der Einheitstemperaturzeitkurve verwendet werden. Nachdem die reduzierten Betonquerschnitte und die temperaturabhängigen Abminderung der Betonfestigkeit bestimmt wurden, stehen nachdem im EC 2-1-2 Anhang B zwei Verfahren zur Bemessung zur Verfügung.
- Die sogenannte Zonenmethode (nach EC 2-1-2 Anhang B.2) die für Druckglieder im nationalen Anwendungsdokument nur mit zusätzlichen Aunnahmen nach zu Cylok und Achenbach geführt werden darf.
Hinweis :
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- Ein weiteres Verfahren im Anhang B.1 geregelt, die sogenannte 500 °C- Isothermen-Methode wird im Nationalen Anhang für die Anwendung in Deutschland nicht zugelassen.
In den informativen Anhängen C bis E werden noch weitere vereinfachte Rechenverfahren angeboten. Hiervon dürfen gemäß [3]in Deutschland nur die Verfahren im Anhang E für statisch bestimmte gelagerte und durchlaufende Balken und Platten angewandt werden, bei denen die Tragfähigkeit im Brandfall wesentlich durch temperaturabhängige Festigkeit Abnahme und die kritische Temperatur der feldbewehrung bestimmt wird.