5.1 Jeder Baustoff brennt

Transcrição

dr. karlheinz hollinsky & partner ziviltechnikergesellschaft m.b.h.
KAPITEL 5
BRANDVERHALTEN/BRANDSCHUTZ VON
HOLZ- UND STAHLKONSTRUKTIONEN
5.1
JEDER BAUSTOFF BRENNT
5.2
BRANDSCHUTZTECHNISCHE KLASSIFIZIERUNG
5.3
HOLZ - ABBRANDBERECHNUNG
5.4
KAPSELUNG DURCH BEPLANKUNG
5.5
BRANDVERHALTEN VON KONSTRUKTIONEN
a-1130 wien, münichreiterstraße 22
tel. 877 39 77, www.hollinsky.at
Kap.05/1
5
BRANDVERHALTEN/BRANDSCHUTZ VON
HOLZ- UND STAHLKONSTRUKTIONEN
5.1 Jeder Baustoff brennt
Holz: brennbar
Die statische Sicherheit von Holzkonstruktionen ist anhand des
Abbrandes genau kalkulierbar.
Probleme:
• Rauchentwicklung
• Brandfortleitung
Stahl: unbrennbar
Die Festigkeit des Stahles versagt ab
einer Temperatur von 500-600°C. Diese
ist im Brandherd nach ca. 7 bis 10
Minuten der Fall.
Maßnahmen:
• GKF-Platten
• Brandschutzanstriche
Massiv: unbrennbar
Massive Konstruktionen halten dem
Brand im Allgemeinen stand. Stahlbeton
im
speziellen
hat
gute
Brandeigenschaften
solange
die
Bewehrung geschützt ist. Für Brandwiderstandsklasse F90 ist jedoch eine
Betonüberdeckung
von
min
3cm
erforderlich.
Allgemeine Brandprobleme
• Rauch und Gasentwicklung
• Lichtausfall
• Fluchtwege
• Türen und Fenster (F30)
Kap.05/2
5.2 Brandschutztechnische Klassifizierung
5.2.1
Brandwiderstandsklasse F30, F60, F90 (nach ÖN B 3800)
Das Bauwerk muss derart entworfen und ausgeführt sein, dass bei einem
Brand:
1) Die Tragfähigkeit des Bauwerkes während eines bestimmten Zeitraumes
erhalten bleibt (F30, F60, F90, ...).
2) Die Entstehung und Ausbreitung von Feuer u. Rauch innerhalb des
Bauwerkes begrenzt wird.
3) Die Bewohner das Gebäude unverletzt verlassen oder durch andere
Maßnahmen gerettet werden können
4) Die Ausbreitung von Feuer auf benachbarte Bauwerke begrenzt wird.
Die Brandwiderstandklassen sind
Funktionsfähigkeit von Bauteilen.
der
Maßstab
für die Dauer der
Brandwiderstandsklasse
Brandwiderstandsdauer
t in Minuten
Brandschutztechnische
Bezeichnung
In österreichischen
Gesetzesstellen
noch verwendete
bautechnische
Bezeichnung
F 30
F 60
F 90
F 180
30 < t < 60
60 < t < 90
90 < t < 180
180 < t
brandhemmend
hochbrandhemmend
Brandbeständig
hochbrandbeständig
Feuerhemmend
hochfeuerhemmend
Feuerbeständig
hochfeuerbeständig
Ein Bauteil (Wand/Decke/Dachaufbau) kann einen Brand eine gewisse Zeit
standhalten. Diese Zeit in der es auf der einen Seite des Bauteiles brennt
und auf der anderen Seite des Bauteils die Oberflächentemperatur 140°C
nicht übersteigt.
Kap.05/3
5.2.2
Brandwiderstandsklasse nach EC 5 B 1995-1-2
Im Rahmen der Harmonisierungsbestrebungen hat man erkennen
müssen, dass der Weg einer gemeinsamen europäischen Normung auf
Grund der völlig unterschiedlichen Brandschutzphilosophien in den
einzelnen Mitgliedstaaten als äußerst schwierig zu bezeichnen ist, da noch
zusätzlich
durch
die
CEN-Normen-Philosophie
eine
gegenseitige
Anpassung im Sinne eines gemeinsamen Nenners dazu führt, dass eine
Vielfalt von Möglichkeiten geschaffen wird.
Am Beispiel des neuen Klassifizierungssystemes für Bauteile ist
erkennbar, dass diese Vielzahl von Klassifizierungsmöglichkeiten zu
großen Unsicherheiten bei Produzenten, Konsumenten und Behörden
führen wird.
Die Ziele dieser Norm sind eindeutig und klar. Es wird versucht, das
Brandverhalten
von
Bauteilen
Brandwiderstandsklassen
Baukonstruktionsteile
so
für
bzw.
zu
deren
Einreichung
präsentieren,
dass
brandschutztechnisch
in
die
klassische
bemessene
Konstruktionen ohne rechnerischen Nachweis eingesetzt werden können,
um somit die wesentlichen brandschutztechnischen Anforderungen
hinsichtlich der Brandwiderstandsfähigkeit erfüllen zu können.
Kap.05/4
5.2.2
Brandwiderstandsklasse nach EC 5 B 1995-1-2
Auch ist der Aspekt der freien Wahl der Baustoffe für Baukonstruktionen
dadurch geregelt, dass ohne Wertung die wesentlichen Konstruktionsarten
in:
• Massivbauteile
• Holzbauteile
• Stahlbauteile
festgelegt wurden, um jede Diskriminierung unter den einzelnen
Baustoffen für Baukonstruktionen zu vermeiden.
In der modernen Baugesetzgebung haben derartige Überlegungen
hinsichtlich der Gleichbehandlung von Baustoffen bereits insofern Fuß
gefasst, als zunehmend mehr die einzelnen Begriffe der eingesetzten
Baustoffen
aus
den
brandschutztechnische
Gesetzestexten
Anforderungen
verschwinden
über
die
und
nur
vorhandenen
Klassifizierungssysteme beschrieben werden.
Kap.05/5
R.E.I
Im Entwurf des Grundlagendokumentes Brandschutz (Essential Requirement SAFTY IN GASE OF FIRE, Document TS 2/021) sind die neuen
Brandwiderstandsklassen für Bauteile festgelegt. Man unterscheidet zwischen
tragenden und nichttragenden Bauteilen, wobei die Buchstabenkombination R
E I für die französischen Begriffe Resistance, Etancheite und Isolation stehen.
Den Buchstaben kommen demnach folgende Bedeutung zu:
R…
Tragfähigkeit bei Brandbeanspruchung
E…
Dichtheit gegen Durchtritt von Rauch und Feuer
I…
Wärmedämmung (Temperatur an der, dem Brand abgekehrten
Seite)
Für tragende Bauteile gibt es die Kombination:
REI-Zeit:
erfüllt die Kriterien der Tragfähigkeit, Dichtheit und
Wärmedämmung
RE-Zeit:
erfüllt die Kriterien der Tragfähigkeit und Dichtheit
R-Zeit:
erfüllt nur das Kriterium der Tragfähigkeit
Für nichttragende Bauteile entfällt der Buchstabe R, wodurch es folgende
Kombination gibt:
EI-Zeit:
erfüllt die Kriterien Dichtheit und Wärmedämmung
E-Zeit:
erfüllt das Kriterium Dichtheit
Kap.05/6
Tabellarischer Vergleich zwischen neuen Euronorm- und ÖNormbezeichnungen
Kap.05/7
Mit Laborversuchen wird die Brandwiderstandszeit genormt.
Die Einheitstemperaturkurve ist der genormte Temperaturverlauf im Brandfall
(10 Minuten bis 600°C, 30 Minuten bis 825°C, 60 Minuten bis 925°C).
Kap.05/8
5.2.3
MASSNAHMEN ZUR ERHÖHUNG DER BRANDWIDERSTANDSKLASSE
• ÖNORM B 3800 Teil 1 bis 4
In der ÖNORM werden alle relevanten Querschnitte von tragenden
Elementen bzw. Profilen angeführt. Z.B. ein Kantholz mit einer gewissen
Dimension kann dann ohne einen gesonderten Nachweis in die
Brandwiderstandsklasse XX eingeordnet werden.
• Brandschutzanstriche
Ist nur im Stahlbau üblich. Hierbei können Anstriche für 30 Minuten
(Standard) 60 Minuten (möglich) und 90 Minuten (Sonderfall, relativ teuer)
in allen Farben nach Wahl aufgetragen werden.
Die Anstriche enthalten Quellmittel, werden in Schichten aufgetragen (F90
ca. 25 mal) und sind grobfasrig.
Empfohlen wird vom Verfasser die Beschränkung auf F30 Anstrich.
• Ummantellungen mit Gips
Durch Gipsplatten und spezielle Feuerschutzplatten können die Bauteile
sehr leicht in die nächst höhere Brandwiderstandsklasse gebracht werden
Kap.05/9
5.3
Holz - Abbrandberechnung
5.3.1
Abbrandgeschwindigkeit von Holz
Eiche = 0,50 mm/min
Buche = 0,80 mm/min
Vollholz S7, MS 7 = 0,80 mm/min
Vollholz S10, MS 10 und höher
(kerngetrennt)= 0,65 mm/min
Vollholz S10, MS 10 und höher
(nicht kerngetrennt)= 0,80 mm/min
Brettschichtholz BS 11 und höher
= 0,65 mm/min
Mit der Abbrandberechnung kann man im Holzbau
die Brand-widerstandsklasse rechnerisch ermitteln.
0,65 mm/min
Erfahrungswerte:
• bis F30 ist keine Dimensionsvergrößerung erforderlich
• bis F60 sind Träger mit der Dimension der kalten Bemessung für den
Brandschutz um 2cm breiter zu wählen.
• bis F90 sind Träger um 4cm breiter für den Brandschutz zu dimensionieren.
Vorsicht bei Stützen:
Durch den Abbrand erhöht sich die Knickzahl sehr rasch, daher sind ab F60
Verkleidungen zu empfehlen (ähnlich wie im Stahlbau).
Durch den Abbrand verringert sich die Sicherheit rascher gegenüber dem
Träger, da a) Querschnittsreduktion
b) Knickzahl /Schlankheit steigt
Kap.05/10
5.3.2 Beschreibung – Brandverhalten massiver Holzbauteile größerer
Abmessungen und Brettschichtholz (BSH)
Durch die hohe Erwärmung (290°C) entsteht eine Verkohlungsschicht
(sogenannte Pyrolseschichte d=0,5cm), wirkt wie eine Isolierschicht, schützt
innerhalb liegende Querschnittsteile längere Zeit vor weiterer Zerstörung
(Wärmeleitfähigkeit der Holzkohle etwa 1/6 jener von Holz). Die Festigkeit
bleibt erhalten.
Holz enthält 8 bis 15% H2O, d.h. je Tonne müssen 80 bis 150l H20 mit viel
Energie (Wärme) verdampft werden. Das heißt, dass der Wasserdampf
zuerst durch die Holzfugen und –risse entweichen muss, bevor eine
vollständige Verbrennung erfolgt.
Dadurch hat Holz eine wesentlich höhere Brandsicherheit als
ursprünglich angenommen!
Die Ermittlung des Brandwiderstandes von Holzbauteilen kann für tragende
Bauteile im Rahmen einer statischen Berechnung erfolgen:
• Mit den Parametern Branddauer (Brandwiderstandsklasse die erreicht
werden muss) und Abbrandgeschwindigkeit wird ein Restquerschnitt
definiert.
Kap.05/11
a…
Abbrand in [mm]
β…
Abbrandgeschwindigkeit in [mm/min]
t…
Zeit des Abbrandes in [min]
bbr & hbr bzw. bfi & hfi … Querschnittswerte nach dem Abbrand
• Statik für den Brandfall:
mit dem gleichen Schnittgrößen wie in der regulären Statik (kalte
Bemessung) werden die Spannungen im Brandfall ermittelt. Diese sind
logischerweise höher weil durch den Abbrand die Querschnitte und
Querschnittswerte A, W, J kleiner geworden sind.
Die Sicherheit im Brandfall darf aber auf ein Mindestmaß für einen allfälligen
Einsturz reduziert werden, bzw. die Spannungen im Brandfall gegenüber der
kalten Bemessung um +125% erhöht werden.
2,25 Festigkeit
fk,fi= fk * (1,00 + 1,25)
Kap.05/12
5.4 Feuerwiderstand - Kapselung
5.4.1 Bauliche Maßnahmen
Kap.05/13
5.4.2 Kapselung im Holzbau
• Anforderungen nach OIB-Richtlinie 2
(Oesterreichisches Institut für Bautechnik, Ausgabe 04/2007, Quelle: Dr.
Michael Teibinger, Thomas Busch))
In dieser Richtlinie geht es um den Holzbau in der Gebäudeklasse 5 (=
Gebäude mit einem Aufenthaltsraumniveau von nicht mehr als 22 m)
Anforderungen:
Bauteilen mit der Feuerwiderstandsdauer von 90 Minuten müssen aus
Baustoffen der Euroklasse des Brandverhaltens A2 (nicht brennbar) bestehen.
Es werden nun folgend 2 Maßnahmen zur Erhaltung des Schutzniveaus der
OIB-Richtlinie 2 für Gebäude der GK 5 in Holzbauweise vorgestellt. Die
folgenden Kompensationsmaßnahmen können nicht generell für Holzobjekte
in der GK 5 angesehen werden. Für jeden Einzelfall sind in Absprache mit der
entsprechenden Baubehörde eventuell gesonderte Nachweise zu erbringen.
Die beiden Kompensationsmaßnahmen verhindern eine Entzündung der
Holzkonstruktion durch bauliche bzw. anlagentechnische Vorkehrungen.
Kap.05/14
Variante 1:
Automatische Löschanlage, z.B. Sprinkleranlage
Variante 2:
Schutz
der
Holzkonstruktion
durch
eine
Kapselung
in
Form
von
mineralischen (A2) Baustoffen.
2x15 mm Gipsfaserbeplankung entspricht einer K-30 (30-minütige Kapselung)
Beplankung.
Bei dem Kapselkriterium (K) darf es während der Prüfzeit zu keiner
Entzündung des Baustoffes (Holz) kommen.
REI 90 + K30
Die Bezeichnung steht für einen Bauteil, dessen primäre Tragstruktur aus
Holz besteht, welche mit einer mineralischen (A2) Beplankung für min. 30
Minuten vor einer Entzündung geschützt wird und eine
Feuerwiderstandsdauer von 90 Minuten standhält.
Kap.05/15
5.4.3 Brandschutz durch Systemlösungen
Optimale Lösungen können durch die
Anwendung von bautechnisch
zugelassenen System sichergestellt
werden.
Wohnungstrennwand
Brandbalkendecken
Kap.05/16
Ein wesentlicher Punkt der Bauordnung bzw. der Brandsicherheit ist die
Einteilung der Holzbauten in Brandabschnitte.
Generell sind für Wohnobjekte die Brandabschnitte so zu planen, dass ein
Brandabschnitt insgesamt nicht größer als 1000m² ist, auch über mehrere
Geschoße verteilt. Die Trennung der Brandabschnitte erfolgt durch Wände und
Türen (ihren Anforderung T30, Glas meist Drahtglas G30). In vertikaler
Richtung muss ein Brandüberschlag vor einer abgewickelten Länge von min
1m gewährleistet sein (keine offenen Fassaden bzw. Glas min G30).
Brandwand
Feuermauer
Wird ein Gebäude an Nachbargrenzen angebaut muss es an diesen in
allen Geschoßen feuerbeständige Feuermauern, die ohne Öffnungen und
in wesentlichen Bestandteilen aus nicht brennbaren Baustoffen sind
auszuführen!
Kap.05/17
Brandschutzplan
Kap.05/18
5.5 Brandverhalten von Konstruktionen
5.5.1 Brandversuche
Jeder Bauteil kann einen Brandversuch unterworfen werden. Eine in der
Brandkammer getestete Konstruktion kann dann ohne weiteren Nachweis der
entsprechenden Brandwiderstandsklasse zugeordnet werden.
Brandversuch in der Brandkammer
In einer Brandkammer wird ein 1:1 Modell einer Konstruktion auf-gebaut und
diese mit Messgeräte zum Erhalt der relevanten Brand-parameter versehen.
Der Versuchsablauf erfolgt nach der Einheitstemperaturkurve unter hoher
Nutzlast.
Im
Anschluss
an
den
Versuch
können
die
gewonnenen
physikalischen Werte ausgewertet und somit die Brand-widerstandsklasse der
Konstruktion bestimmt werden.
Nachweis von Brandabschnitten
Für Brandabschnitte ist der Nachweis der Funktionstüchtigkeit der Konstruktion
im Brandfall gesetzlich gefordert. In der Regel geschieht dies durch einen
Brandversuch im Labor. Wird eine Konstruktion auch nur geringfügig verändert,
wird diese aufgrund der Erfahrung aus Prüfungen beurteilt oder gegebenen
Falls in einem neuen Brandversuch geprüft.
Abb. Brandversuch in einer Brandkammer mit Anordnung der Messgeräte.
Kap.05/19
Abb.: Ergebnis eines Brandversuches, Verformung einer Leichtbauwand.
Abb.: Probekörper nach einen Brandversuch
Neue Entwicklungen
Heutzutage
versucht
man
durch
thermo-mechanische
Simulation
des
Brandversuches die Beurteilungen von Konstruktionen bezüglich ihres
Brandverhaltens zu unterstützt und die Anzahl von Brandversuche und damit
auch die erforderlichen Kosten zu minimieren.
Kap.05/20
Ansprechpartner:
Dipl. Ing. Pommer
MA 39 Versuchs- und Forschungsanstalt der Stadt Wien
Rinnböckstraße 15
A-1110 Wien
Tel: + 43 1 795 14 / 8039
Fax: + 43 1 795 14 / 99 / 8039
email: [email protected]
IBS-Institut für Brandschutztechnik und
Sicherheitsforschung GmbH
Petzoldstraße 45
Postfach 27
A-4017 Linz
Tel: +43 (732) 7617 – 850
Fax:+43 (732) 7617 – 89
email: [email protected]
www.bvs-linz.at
Kap.05/21
5.5.2 Brandverhalten von Stahlkonstruktionen
Der Stahlbau hat in punkto Brandschutz einen Materialnachteil. Die hohe
Festigkeit des Stahles wird durch die Temperatur im Brandfall bereits in den
ersten 10 Minuten eingebüßt.
Daher sind Schutzmaßnahmen durch Anstriche oder Bekleidungen in der
Regel erforderlich.
Gegenüber Holz ist Stahl unbrennbar, d.h. in den Bauordnungen kann Stahl
in die Brandwiderstandsklasse F90 und F180 eingeordnet werden, allerdings
nur mit Schutzmaßnahmen.
Kap.05/22
A) Verkleidungen mit Gips
Faktor für die Berechnung von Verkleidungen ist der Profilfaktor.
• Unbekleidete Stahlbauteile:
im Allgemeinen:
Verhältnis der am Brand ausgesetzten Oberfläche zum Volumen.
Für Stäbe gilt:
Der Profilfaktor darf als Verhältnis des beflammten Umfanges U [m] zur
Querschnittsfläche A [m²] des Stahlbauteiles betrachtet werden. Bei sehr
gedrungenen Profilen mit U/A < 20 m-1 muss der Profilfaktor erhöht werden.
• Bekleidete Stahlbauteile:
Reduzierung
des
Profilfaktors
durch
Berücksichtigung
der
Wärme-
speicherung der Bekleidung.
Kap.05/23
B) Brandschutzanstriche
Die Anstriche sind Brandschutzdämmschichten die korrosionsschützend,
statisch
nicht
belastend
sind
und
die
unter
Hitzeeinwirkung
stark
aufschäumen und dadurch die Stahlprofile vor zu hoher Hitzeeinwirkung
schützen. Mit entsprechenden Aufwand (bis zu 26 Schichten) ist auch die
Brandwiderstandsklasse F90 erreichbar. Die Systeme sind generell für
Träger, Stützen und Fachwerke geeignet und benötigen eine Grundierung,
eínen Brandschutzanstrich und einen Überzugslack. Die einzelnen Anstriche
werden mehrschichtig je nach geforderter Brandwiderstandsklasse und
Aufbringungsverfahren aufgetragen. Gebräuchliche Aufbringungsverfahren
sind Spritzen, Streichen oder Rolle.
Besonders zu beachten sind die Trocknungszeiten, die je nach Produkt ca.
15 Sunden pro Schicht betragen und wobei der Profilfaktor (U/A) den Wert
von
100m-1
nicht
überschreiten
darf.
In
weiterer
Folge
ist
die
Brandschutzschicht während der Trocknungszeit vor Witterungseinflüssen zu
schützen.
Technische Kenndaten:
Produkt:
Uniterm Brandschutzsystem
Anwendung:
Stahl-Innen F90
Bindemittelbasis:
Spezialmittelkombination
Farbton:
weiß
Abtönen:
nicht zulässig
Dichte:
ca. 1,27 g/cm³
Glanzgrad:
matt
Lieferviskosität:
verarbeitungsfertig
Verarbeitungstemp.:
5 bis 50°C
Luftfeuchtigkeit:
< 80 % LF
Kap.05/24
5.5.3 Beispiele von Brandschäden
1010 Wien, Annagasse
Kap.05/25
1020 Wien, Stuwerstraße
Kap.05/26
1070 Wien, Halbgasse
Kap.05/27
1090 Wien, Garnisongasse
Kap.05/28

5.1 Jeder Baustoff brennt

Transcrição

Documentos relacionados

Kap Verde

Quick-Report Quick-Report User`s Manual

Ausführungen von Wolfgang Marzin Vorsitzender

Vortrag von Herrn Bölz

Internet Einführung

mitteilung - Renault Trucks

Referenzen

Botschaft der Republik Polen in Wien Handels

Datenspeicherung unter Echtzeit im Embedded

9. 12. 2010 - Torgauer Zeitung

Management vernetzter IT