Tragwerksbemessung für den Brandfall nach DIN EN 1993-1-2 (parametrische Brandbeanspruchung)

Fachbeitrag

Mit RF-/STAHL EC3 können in RFEM beziehungsweise RSTAB nominelle Temperaturzeitkurven verwendet werden. Es sind die Einheitstemperatur-Kurve (ETK), die Außenbrandkurve und die Hydrocarbon-Brandkurve implementiert. Zudem besteht auch im Programm direkt die Möglichkeit, eine Stahlendtemperatur vorzugeben. Diese Stahltemperatur kann beispielsweise mit einer parametrischen Temperatur-Zeit-Kurve berechnet worden sein, wie diese im Anhang der DIN EN 1992-1-2 vorhanden ist. Nachfolgend ist die parametrische Brandbeanspruchung erläutert.

Parametrische Brandbeanspruchung

Falls eine parametrische Brandbeanspruchung als Brandszenario genutzt wird, muss die lastabtragende Wirkung des Bauteils sichergestellt sein. Es darf kein Versagen des Bauteils während der gesamten Brandphase einschließlich der Abkühlphase oder innerhalb einer geforderten Widerstandsdauer auftreten.

In der EN 1991-1-2 im Anhang A ist eine sogenannte parametrische Temperaturzeitkurve gegeben. Dieses Brandszenario ist in Deutschland nicht mehr erlaubt, da es einen nationalen Anhang zu EN-1991-1-2 gibt, welcher verbindlich zu nutzen ist.

Abgelöst wurde dieses Szenario durch einen Bemessungsbrand. Mit dieser Kurve ist es möglich ein mögliches Brandszenario komplett zu beschreiben, das heißt von der Entstehungsphase über die Vollbrandphase bis hin zur Abklingphase. Die Kurvenabschnitte sind durch markante Punkte begrenzt, die so den Verlauf der Wärmefreisetzungsrate ergeben. Bei der Bestimmung der Temperaturwerte muss allerdings noch zwischen ventilationsgesteuertem Bränden und brandlastgesteuerten Bränden unterschieden werden. Zudem ist dieses Naturbrandmodell begrenzt anwendbar. Dieses Naturbrandmodell gilt für Grundflächen mit bis zu 400 m² und einer Höhe von bis zu 6 m. Für ventilationsgesteuerte Bemessungsbrände darf der charakteristische Wert der maximalen Wärmefreisetzungsrate nach folgender Gleichung berechnet werden.

${\overset.{\mathrm Q}}_{\max,\mathrm v,\mathrm k}\;=\;1,21\;\cdot\;{\mathrm A}_{\mathrm W}\;\cdot\;\sqrt{{\mathrm h}_{\mathrm W}}$

Für brandlastgesteuerte Bemessungsbrände darf der charakteristische Wert der maximalen Wärmefreisetzungsrate nach folgender Gleichung berechnet werden.

${\overset.{\mathrm Q}}_{\max,\mathrm f,\mathrm k}\;=\;0,25\;\cdot\;{\mathrm A}_{\mathrm f}$

Der Bemessungswert der maximalen Wärmefreisetzungsrate ergibt sich aus:

${\overset.{\mathrm Q}}_{\max,\mathrm d}\;=\;{\mathrm\gamma}_{\mathrm{fi},\overset.{\mathrm Q}}\;\cdot\;\min\left\{\begin{array}{l}{\overset.{\mathrm Q}}_{\max,\mathrm v,\mathrm k}\\{\overset.{\mathrm Q}}_{\max,\mathrm f,\mathrm k}\end{array}\right.$

Bild 01 - Schematische Darstellung der Temperaturzeitkurve nach dem vereinfachten Naturbrandmodell

In der DIN EN 1991-1-2 sind die Formeln zur Ermittlung der Brandraumtemperatur gegeben. Diese können dem Anhang AA entnommen werden.

Kombination der parametrischen Brandbelastung mit der DIN EN 1993-1-2

Mithilfe dieser Brandraumtemperatur kann man nun eine Temperaturermittlung der Querschnitte vornehmen, indem man die ermittelten Brandraumtemperaturen mir der in der DIN EN 1993-1-2 gegebenen Funktion zur Ermittlung der Strahltemperatur kombiniert. Hier setzt man einfach die einzelnen Temperaturwerte des Brandraums in der Berechnung an.

Hierbei ist zu beachten, das ΔΘ (Temperaturgradient) nicht negativ werden darf. Deshalb begrenzt man diesen auf maximal 0. Der Grund dafür ist die Abkühlphase, welche mit dem vereinfachten Verfahren nicht berücksichtigt werden kann. Mit diesem Trick kann man auch Realbrände berücksichtigen, was eine wirtschaftlichere Auslegung von Bauteilen erlaubt.

Schlüsselwörter

Brandfall Brandbeanspruchung Brandbemessung

Literatur

[1]   EN 1993-1-2: Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten Teil 1-2: Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2006.

Links

Kontakt

Kontakt zu Dlubal

Haben Sie Fragen oder brauchen Sie einen Rat? Kontaktieren Sie uns über unseren kostenlosen E-Mail-, Chat- bzw. Forum-Support oder nutzen Sie die häufig gestellten Fragen (FAQs) rund um die Uhr.

+49 9673 9203 0

info@dlubal.com

RFEM Hauptprogramm
RFEM 5.xx

Basisprogramm

Das FEM-Programm RFEM ermöglicht die schnelle und einfache Modellierung, Berechnung und Bemessung von Tragkonstruktionen mit Stab-, Platten-, Scheiben-, Faltwerk-, Schalen- und Volumen-Elementen aus verschiedenen Materialien.

Erstlizenzpreis
3.540,00 USD
RFEM Stahl- und Aluminiumbau
RF-STAHL EC3 5.xx

Zusatzmodul

Bemessung von Stahlstäben nach EC 3

Erstlizenzpreis
1.480,00 USD
RSTAB Hauptprogramm
RSTAB 8.xx

Basisprogramm

Das 3D-Statik-Programm RSTAB eignet sich für die Berechnung von Stabwerken aus Stahl, Beton, Holz, Aluminium oder anderen Materialien. Mit RSTAB definieren Sie einfach und schnell das Tragwerksmodell und berechnen dann die Schnittgrößen, Verformungen und Lagerreaktionen.

Erstlizenzpreis
2.550,00 USD
RSTAB Stahl- und Aluminiumbau
STAHL EC3 8.xx

Zusatzmodul

Bemessung von Stahlstäben nach EC 3

Erstlizenzpreis
1.480,00 USD