Brandschutzkonfigurationen

Brandschutzkonfigurationen sind derzeit für die Stahlbemessung nach folgenden Normen verfügbar:

• EN 1993
• NTC
• GB 50017

Diese Konfigurationen steuern, nach welchen Vorgaben die Brandschutznachweise eines Objekts erfolgen ("Heißbemessung"). Hier können Sie die Parameter für die Ermittlung der Stahltemperatur festlegen, die für den Brandschutznachweis angesetzt wird.

EN 1993 / NTC

Die Bemessung für die außergewöhnliche Situation einer Brandeinwirkung erfolgt im Prinzip wie der Nachweis für den Grenzzustand der Tragfähigkeit. Wegen der erhöhten Stahlendtemperatur werden die Materialkennwerte jedoch entsprechend reduziert. Die entsprechenden Regelungen finden sich beispielsweise in EN 1993-1-2 [1].

Definition der Temperatur

Über die Liste (siehe Bild Neue Brandschutzkonfiguration) haben Sie zwei Möglichkeiten, wie Sie die Endtemperatur definieren können:

• Analytisch: Die Stahltemperatur zu einem bestimmten Zeitpunkt wird ausgehend von der Gastemperatur nach verschiedenen Brandkurven ermittelt.
• Manuell: Sie können die Stahlendtemperatur benutzerdefiniert festlegen.

Analytische Ermittlung

Geben Sie in der Kategorie Einstellungen für Brandbemessung die erforderliche Dauer des Brandschutzes t_fi,erf und das Zeitintervall Δt für die Berechnung der Temperatur vor.

Ein Querschnitt kann als allseitig oder dreiseitig brandbeansprucht für die Bemessung angenommen werden. Dies wirkt sich auf die Berechnung der Bauteiltemperatur und die Ermittlung von Nachweisbeiwerten gemäß [1] aus. Bei einer dreiseitigen Brandbeanspruchung können Sie die Breite der geschützten Seite benutzerdefiniert festlegen oder die automatische Ermittlung nutzen: Dabei wird vereinfachend angenommen, dass eine Seite über die Gesamtbreite des Querschnitts geschützt ist und nicht durch Brand beansprucht wird (typischer Anwendungsfall für einen Träger mit aufliegender Betondecke).

Wenn der Querschnitt durch bestimmte Vorkehrungen gegen Brandeinwirkung geschützt ist, haken Sie in der Kategorie Brandschutz das Kontrollfeld 'Brandschutzparameter festlegen' an. In der Liste für den 'Schutztyp' stehen dann zwei Möglichkeiten zur Auswahl:

• Kontur: an Querschnittsgeometrie angepasste Ummantelung (z. B. Putz- oder Plattenbekleidung)
• Kasten: rechteckförmige Außenverkleidung des Querschnitts

Geben Sie dann die Materialeigenschaften und die Dicke der Bekleidung an. Die Temperaturermittlung erfolgt unter Berücksichtigung dieser Parameter gemäß [1] 4.2.5.2. Als Brandschutzmaterialien kommen nach [1] ausschließlich Plattenmaterialien und Putze infrage. Ein Nachweis mit diesem Schema ist nicht für Anstriche mit Dämmwirkung oder Dämmschichtbildner zulässig, da diese Bekleidungen je nach Temperatur ihre Eigenschaften ändern.

Legen Sie in der Kategorie Temperaturkurve zur Ermittlung der Temperatur von Gasen fest, welche Temperaturkurve verwendet werden soll:

• Einheits-Temperatur-Zeit-Kurve
• Außenbrandkurve
• Hydrokarbon-Brandkurve

In den Nachweisdetails können Sie den Temperaturverlauf im Temperatur-Zeit-Diagramm anzeigen lassen.

Im Abschnitt Thermische Einwirkungen für Temperaturanalyse sind die für die Berechnung der Temperatur verwendeten Beiwerte entsprechend der empfohlenen Werte nach EN 1993-1-2 [1] und EN 1991-1-2 [2] voreingestellt. Sie können diese bei Bedarf anpassen.

Die günstige Auswirkung einer Feuerverzinkung bei der Ermittlung der Stahltemperatur können Sie über eine Anpassung der Oberflächenemissivität berücksichtigen. Aktivieren Sie hierzu das Kontrollfeld 'Verzinkte Oberfläche des Stabs aus Kohlenstoffstahl'. Bei der Ermittlung der Stahltemperatur wird die geringere Emissivität der verzinkten Oberfläche ε_m,lim bis zur eingestellten Grenztemperatur t_lim berücksichtigt. Bei höheren Temperaturen wird dann die Oberflächenemissivität des Kohlenstoffstahls ε_m angesetzt. Dieses Vorgehen entspricht den Festlegungen der DASt-Richtlinie 027 Ermittlung der Bauteiltemperatur feuerverzinkter Stahlbauteile im Brandfall, deren Werte voreingestellt sind.

Manuelle Definition

Wenn Sie die Stahltemperatur direkt angeben möchten, wählen Sie in der Liste (siehe Bild Neue Brandschutzkonfiguration) die Option Manuell aus. Tragen Sie dann die Materialendtemperatur Θ_a ein, für die der Brandschutznachweis geführt werden soll.

Für die Ermittlung des Beiwerts k₁ nach [1] 4.3.3 für ungleichmäßige Temperaturverteilung beim Biegenachweis ist auch bei der manuellen Definition der Temperatur eine Angabe zur Brandexposition (allseitig oder dreiseitig, gegebenenfalls mit Brandschutzmaßnahmen) erforderlich. Der Beiwert k₂ für eine ungleichmäßige Temperaturverteilung entlang der Trägerlänge wird für alle Fälle auf der sicheren Seite liegend mit 1,0 angenommen.

Kritische Temperatur

Neben dem reinen Brandschutznachweis bietet das Programm auch die Möglichkeit, die kritische Temperatur für die Querschnittsnachweise zu ermitteln. Dieser Wert repräsentiert die Temperatur, die maximal erreicht werden darf, damit der Stab oder Stabsatz den Einwirkungen noch widersteht. Haken Sie hierzu das Kontrollfeld Kritische Temperatur nach EN 1993-1-2, 4.2.4(2) berechnen an.

Nach der Berechnung wird die kritische Temperatur Θ_a,cr für jeden Nachweis bei den Nachweisdetails ausgegeben. Für Stabilitätsnachweise steht diese Möglichkeit wie erwähnt nicht zur Verfügung.

Hinweise zum Brandschutznachweis

Die grundlegenden Einstellungen für die Tragfähigkeitsnachweise (zum Beispiel elastischer oder plastischer Nachweis) oder für die Stabilitätsnachweise (beispielsweise Lastangriffspunkt) werden auch für die Brandschutznachweise aus den Tragfähigkeitskonfigurationen des Objekts übernommen. Ebenso gelten die dort definierten Grenzwerte für Sonderfälle auch für den Brandschutznachweis.

Die Brandschutznachweise werden für alle Bemessungssituationen geführt, denen in der Eingabetabelle der Bemessungssituationen für die Stahlbemessung der Typ AGE' 'GZT (STR/GEO) - Außergewöhnlich - Brand' zugeordnet ist.

Da das Allgemeine Verfahren für Stabilitätsnachweise gemäß EN 1993-1-1 [2] 6.3.4 für Brandschutznachweise normgemäß nicht anwendbar ist, werden die Stabilitätsnachweise mit dem Ersatzstabverfahren nach EN 1993-1-2 [1] 4.2.3 geführt. Dabei werden die zugeordneten Knicklängen auch für den Brandschutznachweis verwendet. Es erfolgt keine explizite Abminderung des E-Moduls: Die Reduzierung wird in den Stabilitätsnachweisen über die Abminderungsfaktoren nach [1] berücksichtigt.

Die Stahltemperatur können Sie in Form von Temperaturlasten für die Berechnung vorgeben (siehe Kapitel Stablasten des RFEM-Handbuchs).

Lokales Beulen schlanker Querschnittsteile kann auch im Brandfall eine maßgebende Versagensform darstellen. Nachweise für Querschnitte der Klasse 4 erfolgen im Add-On Stahlbemessung gemäß [1] Anhang E. Der Nachweis gegen Schubbeulen schlanker Stegbleche ist in den Brandschutznachweisen derzeit nicht implementiert.

GB 50017