Brandschutznachweise für Stahlbauteile mit Feuerverzinkung in RFEM 6 / RSTAB 9

Typischerweise wird die Feuerverzinkung von Stahlbauteilen als Korrosionsschutzmaßnahme genutzt. Zusätzlich wirkt sich die Berücksichtigung der feuerverzinkten Oberfläche auch beim Brandschutznachweis vorteilhaft aus. Nach Erkenntnissen aus einem Forschungsprojekt der TU München wird die Emmissivität der Stahloberfläche durch eine Feuerverzinkung deutlich reduziert [1].

In einem Temperaturbereich bis 500°C wird ein Emmissionsgrad von ε_m = 0,35 an Stelle der in EN 1993-1-2 global angenommenen ε_m = 0,7 empfohlen. Diese Ergebnisse wurden auch in Richtlinie 027 des DASt (Deutscher Ausschuss für Stahlbau) aufgenommen. Eine Einarbeitung in die kommende Generation der Eurocodes wird ebenfalls angestrebt.

Die Emissivität der Bauteiloberfläche ist ein wesentlicher Einflussparameter für die Ermittlung der Bauteiltemperatur nach EN 1993-1-2. Je nach Branddauer ergeben sich bei kleinerer Emissivität niedrigere Temperaturen und somit eine höhere Tragfähigkeit zum Nachweiszeitpunkt. Durch Ansatz der Feuerverzinkung kann somit häufig ein Feuerwiderstand R30 (30min Branddauer) auch ohne weitere Brandschutzmaßnahmen erreicht werden.

Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie auf der Website des Instituts für Feuerverzinken.

Temperaturermittlung zum Nachweiszeitpunkt im Add-On Stahlbemessung

Legen Sie die Parameter für den Brandschutznachweis eines Stabes im Add-On Stahlbemessung in der Brandschutzkonfiguration fest. Zur Ermittlung der zum Nachweiszeitpunkt maßgebenden Bauteiltemperatur nach der analytischen Methode sind unter anderem die entsprechende Temperaturzeitkurve, die erforderliche Dauer und die Brandexposition zu wählen. Die zur Temperaturermittlung genutzten Beiwerte können Sie im Abschnitt ‚Thermische Einwirkungen für die Temperaturermittlung‘ anpassen. Als Standardeinstellung sind zunächst die Werte nach EN 1993-1-2 hinterlegt. Aktivieren Sie das Kontrollkästchen ‚Verzinkte Oberfläche des Stabs aus Kohlenstoffstahl‘, um die geringere Emissivität bis zur Bauteiltemperatur von 500°C zu berücksichtigen.

In den Nachweisdetails der Brandschutznachweise werden Ihnen die Zwischenwerte zur Ermittlung der Bauteiltemperatur übersichtlich aufgelistet. Zudem steht als Ergebnis das Temperatur-Zeit-Diagramm für jeden Stab zur Verfügung.

Brandschutznachweis im Add-On Stahlbemessung

Für den Brandschutznachweis erfolgt die Lastfallkombination für den außergewöhnlichen Bemessungsfall. Dabei werden im Vergleich zur Kombination für den Grenzzustand der Tragfähigkeit die Teilsicherheitsbeiwerte und auch die Kombinationsbeiwerte günstiger angesetzt. Legen Sie hierzu eine weitere Bemessungssituation des Typs ‚Außergewöhnlich – psi-2,1‘ an und aktivieren Sie diese in der Stahlbemessung.

Für diese Bemessungssituation erfolgen im Add-On die Bauteilnachweise nach EN 1993-1-2 Abschnitt 4.2.3. Der erste Schritt ist dabei die oben beschriebene Temperaturermittlung. Es folgt die Bemessung unter Berücksichtigung der temperaturbedingten Abminderungsfaktoren entsprechend der Bauteiltemperatur zum Nachweiszeitpunkt.

Im folgenden Beispiel wird ein Deckenträger mit 3-seitiger Brandexposition untersucht. Durch die außergewöhnliche Bemessungssituation wird der Bemessungswert des Biegemomentes im Vergleich zum GZT etwa halbiert. Die Tragfähigkeit im Brandfall wäre somit gegeben, wenn die temperaturbedingte Festigkeitsabnahme zum Nachweiszeitpunkt weniger als 50% beträgt.

Für eine Branddauer von 30min (R30) ergibt sich für ein HEM 180 ohne Ansatz der Feuerverzinkung eine Bauteiltemperatur von 675 °C. Für den Querschnittsnachweis stehen bei dieser Temperatur nur noch 41% Prozent der Tragfähigkeit zur Verfügung. Für den Beispielträger ist der Nachweis somit nicht erfüllt. Es müssten Brandschutzmaßnahmen vorgesehen oder ein größeres Profil gewählt werden.

Mit Ansatz der Feuerverzinkung liegt die Bauteiltemperatur lediglich bei 567 °C und es stehen zum Nachweiszeitpunkt noch 61% der Tragfähigkeit zur Verfügung. Damit sind die Nachweise ohne weitere Brandschutzmaßnahmen erfüllt. Alle relevanten Zwischenwerte und die genutzten Formeln für den Nachweis werden in den Bemessungsdetails aufgelistet.