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TU Braunschweig
Juni 2006
Nachweis des konstruktiven Brandschutzes bei Bemessung nach
neuen Normen
Dr.-Ing. Ekkehard RichterInstitut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB)
Technische Universität Braunschweig
2
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Gliederung
� Brandschutzbemessung von Massivbauteilen � Übergangsregelung DIBt-Richtlinie� Fortschreibung der DIN 4102 Teil 4
� Erläuterungen zur neuen BrandschutznormDIN 4102 Teil 4/A.1 und Teil 22
� Beispiele zur „neuen“ Stützenbemessung nach DIN 4102 Teil 22 � Randbedingungen� Beispiele
� Zeitplan
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
DIN 4102 Teil 4
DIN 4102-4
Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen; Zusammenstellung und Anwendung klassifizier-ter Bauteile und Sonder-bauteile
Ausgabe: März 1994
DIN 1045
Beton und Stahlbeton, Bemessung und Ausführung
Ausgabe: Juli 1988
DIN 1053
Mauerwerk
Ausgabe: Feb. 1990
DIN 1052-1
Holzbauwerke; Berechnung undAusführung
Ausgabe: April 1988
DIN 18800-1
Stahlbauten;Bemessung und Konstruktion
Ausgabe: Nov. 1990
DIN 18806-1 RichtlinieVerbundstützen für StahlverbundträgerAusgabe: März 1984 Ausg. 03/81 + 03/84
DIN 1045
Beton und Stahlbeton, Bemessung und Ausführung
Ausgabe: Juli 1988
DIN 1045-1
Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton
Ausgabe: Juli 2001
DIN 1052-1
Holzbauwerke; Berechnung undAusführung
Ausgabe: April 1988
DIN 1052Holzbauwerke
Entwurf, Berechnung und Bemessung
Ausg.: Aug. 2004
DIN 18800-1
Stahlbauten - Teil 1: Bemessung und Konstruktion;
Ausgabe: Nov. 1990
DIN 1053
Mauerwerk
Ausgabe: Feb. 1990
DIN 1053-100
MauerwerksbauBerechnung auf denGrundlagen des semi-probabilistischenSicherheitskonzeptes
Ausg.: Aug. 2004
E DIN 18800-5 (Ausg. Jan. 1999)
Stahlbauten - Teil 5: Verbundtragwerke aus Stahl und Beton; Bemessung und Konstruktion
?
?
??
?
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
DIN 4102 Teil 4
DIN 4102-4
Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen; Zusammenstellung und Anwendung klassifizier-ter Bauteile und Sonder-bauteile
Ausgabe: März 1994
DIN 1045
Beton und Stahlbeton, Bemessung und Ausführung
Ausgabe: Juli 1988
DIN 1053
Mauerwerk
Ausgabe: Feb. 1990
DIN 1052-1
Holzbauwerke; Berechnung undAusführung
Ausgabe: April 1988
DIN 18800-1
Stahlbauten;Bemessung und Konstruktion
Ausgabe: Nov. 1990
DIN 18806-1 RichtlinieVerbundstützen für StahlverbundträgerAusgabe: März 1984 Ausg. 03/81 + 03/84
DIN 1045
Beton und Stahlbeton, Bemessung und Ausführung
Ausgabe: Juli 1988
DIN 1045-1
Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton
Ausgabe: Juli 2001
DIN 1052-1
Holzbauwerke; Berechnung undAusführung
Ausgabe: April 1988
DIN 1052Holzbauwerke
Entwurf, Berechnung und Bemessung
Ausg.: Aug. 2004
DIN 18800-1
Stahlbauten - Teil 1: Bemessung und Konstruktion;
Ausgabe: Nov. 1990
DIN 1053
Mauerwerk
Ausgabe: Feb. 1990
DIN 1053-100
MauerwerksbauBerechnung auf denGrundlagen des semi-probabilistischenSicherheitskonzeptes
Ausg.: Aug. 2004
E DIN 18800-5 (Ausg. Jan. 1999)
Stahlbauten - Teil 5: Verbundtragwerke aus Stahl und Beton; Bemessung und Konstruktion
?
?
??
?
Dezember 2000:Gründung Arbeitsgruppe „Anpassungsnorm“
Arbeitsziel: Anpassung der DIN 4102-4an die veränderten kalten Bemessungsnormen
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Streichung EC 2 (kalt) aus Bauregelliste und Liste der Technischen Baubestimmungen
20022001
Übergangsregelung für Betonbauwerke
Beschluss FK Bautechnik:BauaufsichtlicheEinführung DIN 1045-1
D
Anwendungsnormzur DIN 4102- 22
?20052003 2004
Übergangsregelung erforderlich bis
Fertigstellung der Anwendungsnorm
2002 2003 2004
Streichung EC 2 (kalt) aus Bauregelliste und Liste der Technischen Baubestimmungen
DIBt-Richtlinie zur Anwendung vonDIN V 1992-1-2 in Verbindung mit DIN 1045-1(auf Basis von Untersuchungen des iBMB in DIBt-Mitteilungen 2/2002 veröffentlicht)
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
DIBt-Richtlinie
� Bemessung der Gebrauchslastfälle nach DIN 1045-1 und DIN 1055-100:
� Brandschutztechnischen Bemessung mit Tabellen aus DIN V ENV 1992-1-2
� Analoge Übertragung der NAD-Regeln:� Belastung im Brandfall ηfi = Ed,fi / Ed = 0,7
oder genauer Nachweis
� Lastausnutzung für Stützen und Wände µfi ≤ 0,4
� Stützbewehrung bei Durchlaufträgern gegenüber DIN 1045-1 um 0,15 ⋅ l verlängert
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Streichung EC 2 (kalt) aus Bauregelliste und Liste der Technischen Baubestimmungen
20022001
Übergangsregelung für Betonbauwerke
Beschluss FK Bautechnik:BauaufsichtlicheEinführung DIN 1045-1
D
Anwendungsnormzur DIN 4102- 22Ausgabe Nov. 2004
20052003 2004Übergangsregelung erforderlich bis
Fertigstellung der Anwendungsnorm
2002 2003 2004
Streichung EC 2 (kalt) aus Bauregelliste und Liste der Technischen Baubestimmungen
DIBt-Richtlinie zur Anwendung vonDIN V 1992-1-2 in Verbindung mit DIN 1045-1(auf Basis von Untersuchungen des iBMB in DIBt-Mitteilungen 2/2002 veröffentlicht)
N F
Musterliste der Techn.Baubestimmungen
O
Veröffentlichung imMinisterialblatt d. L.
Durch bauaufsichtliche Einführung DIN 4102-22Streichung der DIBt-Richtlinie aus der Muster-liste der Technischen Baubestimmungen
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Erweiterung DIN 4102-4
DIN 4102-4
Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen;
Ausgabe März 1994
wie bisher
DIN 4102-22
Anwendungs-norm zur
DIN 4102-4
Ausgabe Nov. 2004
neu neu
DIN 4102-4/A.1
Änderungen 1
Ausgabe Nov. 2004
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
DIN 4102 Teil 22
� Anpassung an DIN 1045-1� Einwirkungen im Brandfall
� siehe Beispiele Stützenbemessung
Brandschutztechnische Bemessung� Kritische Temperatur� Bemessungshilfen für biegebeanspruchte Bauteile� Gegliederte Stahlbetonwände� Bemessungstabellen für Stützen und tragende Wände
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
DIN 4102 Teil 22
� Anpassung an DIN 1045-1Einwirkungen im Brandfall
� Brandschutztechnische Bemessung� Kritische Temperatur
krit. T = 500 °C für Ausnutzungsgrad 0,6 statt 0,57 2� Bemessungshilfen für biegebeanspruchte Bauteile� Gegliederte Stahlbetonwände� Bemessungstabellen für Stützen und tragende
Wände
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
DIN 4102 Teil 22
� Anpassung an DIN 1045-1Einwirkungen im Brandfall
� Brandschutztechnische Bemessung� Kritische Temperatur� Bemessungshilfen für biegebeanspruchte Bauteile:
Kontrolle der Druckzonenbreite mit µEds-Werten statt kh-Werten
� Gegliederte Stahlbetonwände� Bemessungstabellen für Stützen und tragende
Wände
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
DIN 4102 Teil 22
� Anpassung an DIN 1045-1Einwirkungen im Brandfall
� Brandschutztechnische Bemessung� Kritische Temperatur� Bemessungshilfen für biegebeanspruchte Bauteile� Gegliederte Stahlbetonwände
Bemessungstabellen für Stützen und tragende Wände
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Gegliederte Stahlbetonwände
� Mindestabmessungen der Wandstützen kleiner als in Tab. 36 für Stützen gefordert
� eigene Bemessungstabelle 37 erforderlich
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Tabelle 37 (DIN 4102-22)
Aufnehmbare zentrische Last NRd,c,t=90‘
Systemlänge l1,l2 oder l3 b/d cm
1,50 m 2,50 m 3,50 m
20/20 40/20 60/20 80/20 100/20
- 410 kN - 1450 kN - 1900 kN - 2750 kN - 3700 kN
- 310 kN - 1200 kN - 1600 kN - 2200 kN - 3100 kN
- 210 kN - 930 kN - 1150 kN - 1650 kN - 2350 kN
20/18 40/18 55/18 70/18 90/18
- 320 kN - 950 kN - 1420 kN - 1900 kN - 2550 kN
- 230 kN - 700 kN - 1070 kN - 1440 kN - 1920 kN
- 150 kN - 450 kN - 730 kN - 950 kN - 1300 kN
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
DIN 4102 Teil 22
� Anpassung an DIN 1045-1Einwirkungen im Brandfall
� Brandschutztechnische Bemessung� Kritische Temperatur� Bemessungshilfen für biegebeanspruchte Bauteile� Gegliederte Stahlbetonwände� Bemessung von Stützen und tragenden Wänden mit
α*-Faktor
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Stützenbemessung nach DIN 4102-4, Tab. 31
� Ausnutzungsfaktor α1 nach DIN 4102-4:
α1 =Nvorh
Nzul
≤ 1,0mit Nvorh und Nzul
nach DIN 1045 (07.88)
3,01 ==zul
vorh
N
Nα
7,01 ==zul
vorh
N
Nα
0,11 ==zul
vorh
N
Nα
Feuerwiderstandsklasse
240 280 360200150
150
150 150
180
180
210
200
250
240
320
F 30-A F 180-AF 60-A F 90-A F 120-A
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Stützenbemessung nach DIN 4102-22
� Ausnutzungsfaktor α1 nach DIN 4102-4:
� Ausnutzungsfaktor α1 nach DIN 4102-22:
α1 =NEd,fi
NRd
α∗
α1 =Nvorh
Nzul
≤ 1,0
mit NEd,fi und NRd
nach DIN 1045-1 undα* = 2,0 oder aus Bemessungsdiagramm
mit Nvorh und Nzul
nach DIN 1045 (07.88)
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Bemessungstabelle für Stützen (DIN 4102-22)
3,0*,1 =⋅= αα
Rd
fiEd
N
N
7,0*,1 =⋅= αα
Rd
fiEd
N
N
, *1 1,0Ed fi
Rd
N
Nα α= ⋅ =
Feuerwiderstandsklasse
F 180-AF 120-AF 90-AF 60-AF 30-A
150 150
150
150
180
180
200
200
210
240
240
250
280
320
360
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Ausnutzungsfaktor α1
=?
zul
vorhT N
N=4,1αRd
fiEdT N
N ,22,1 =α
fiEd
Rd
zul
vorh
T
T
N
N
N
N
,22,1
4,1 ⋅=αα
fiEd
vorh
zul
RdTT N
N
N
N
,22,14,1 ⋅⋅= αα
, *1, 4
Ed fiT
Rd
N
Nα α= ⋅
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Bemessungsdiagramm
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Zylinderdruckfestigkeit fck [N/mm2]
Fak
tor
α*
ρtot = 0,005
ρtot = 0,010
ρtot = 0,020
ρtot = 0,090
GeometrischerBewehrungsgrad:ρtot = As,tot / (b ⋅ d)
NormalbetonDIN 1045-1
C 50/60
2,0Näherung αααα* = 2,0
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Beispiele
Bemessung der Gebrauchslastfälle nach DIN 1045-1 für- Beispiel 0 und 2aus Unterlagen von Frau Dr. S. Agatz, Ingenieurbüro KUNKEL + Partner,- Beispiel 1, 3 und 4in Anlehnung an „Beispiele zur Be-messung nach DIN 1045-1“ Bd 1, DBV und für- Beispiel 6aus Unterlagen der Bauunternehmung GLÖCKLE, Schwebheim
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Beispiel 0: Stützenbemessung mit α*
Bemessung nach DIN 1045-1
2
1,35 1935 1,5 715
3684,75
0,8149
4,78%
45,99
Ed
tot
tot
s
N
kN
erfA cm
ωρ
= ⋅ + ⋅=
==
=
P = -715 kN G = -1935 kN
Pendelstütze l = 3,45 m
Beton C 45/55 BSt 500 S (B)
Wohnräume: ψ11 = 0,5
Zeichnung: S. AgatzKUNKEL + Partner
23
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Bemessung nach DIN 1045-1
3684,75
4,78%Ed
tot
N kN
ρ==
P = -715 kN G = -1935 kN
Pendelstütze l = 3,45 m
Beton C 45/55 BSt 500 S (B)
Wohnräume: ψ11 = 0,5
Zeichnung: S. AgatzKUNKEL + Partner
Brandschutztechnische Be-messung nach DIN 4102-4/-22
α* = f(fck = 45 N/mm2; ρtot = 4,78%)
0. Beispiel: Stützenbemessung
24
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Bemessung nach DIN 1045-1
3684,75
4,78%Ed
tot
N kN
ρ==
Brandschutztechnische Be-messung nach DIN 4102-4/-22
α* = 1,93
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2,0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
ρtot = 0,0478
Zylinderdruckfestigkeit fck [N/mm2]
α* = 1,93
α* = f(fck = 45 N/mm2; ρtot = 4,78%)
0. Beispiel: Stützenbemessung
25
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Brandschutztechnische Bemessung
,
1,1
,
, *1
1,0
7150,37
1935
1,0 0,5 0,370,622
1,35 1,5 0,37
0,622 3684,75
:
0,622 1,93 1,20 1,0
Ed fi fi d
fiG Q
k
k
fi
Ed fi
Rd Ed
Ed fi
Rd
N E
mit
Q
G
N
N N
Ausnutzungsfaktor
N
N
ηψ ξ
ηγ γ ξ
ξ
η
α α
= ⋅
+ ⋅=
+ ⋅
= = =
+ ⋅= =+ ⋅
= ⋅ =
= ⋅ = ⋅ = >
�
P = -715 kN G = -1935 kN
Pendelstütze l = 3,45 m
Beton C 45/55 BSt 500 S (B)
Wohnräume: ψ11 = 0,5
Zeichnung: S. AgatzKUNKEL + Partner
Klassifizierung nach DIN 4102-4, Tab. 31 ?
26
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Bemessungstabelle für Stützen (DIN 4102-4, Tab. 31)
Feuerwiderstandsklasse
Ausnutzungsfaktor αααα1 = 1,2Mindestdicke d in mm
zugehöriger Mindestachsabstand uin mm
? ? ? ? ?350? 350?
keine Klassifizierung nach DIN 4102 Teil 4, Tab. 31 möglich!
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Brandschutztechnische Bemessung
, * 1,0Ed fiLF
Rd
N
Nα α= ⋅ =
� Lastausnutzungsfaktor α1 verkleinern� NRD vergrößern� Bewehrungsgehalt erhöhen� Stütze für höhere „fiktive“ Last bemessen� Lasterhöhungsfaktor αLF bestimmen
( , , , )LF ck ydf f fα ρ ξ=Ausgewertet fürBSt 500 S (A) mitfyd = 500/1,15 N/mm2
Beispiele für αLF: M.Fastabend, S. Agatz, T. Schäfers: Zum Nachweisdes konstruktiven Brandschutzes auf der Basis von Bemessungen
nach DIN 1045-1. Beton- und Stahlbetonbau, Heft 4, April 2005
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Lasterhöhungsfaktor αLF
Gilt für hochbauüblicheBelastungsverhältnisse
0 ≤ ξ = Qk /Gk ≤ 0,5
29
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Lasterhöhungsfaktor αLF
C 45/55
ρρρρvorh = 4,78%
ααααLF = 1,39
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Bemessung
P = -715 kN G = -1935 kN
Pendelstütze l = 3,45 m
Beton C 45/55 BSt 500 S (B)
Wohnräume: ψ11 = 0,5
Zeichnung: S. AgatzKUNKEL + Partner
Bemessung nach DIN 1045-1
2
1,35 1935 1,5 715
3684,75
1,39 3684,75
5121,8
1,4
8,15%
78,77
Ed
Rd Ed
fiktivRd LF Rd
tot
tot
s
N
kN
N N
N N
kN
erfA cm
α
ωρ
= ⋅ + ⋅=≈
= ⋅ == ⋅=
==
=
31
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Bemessung
P = -715 kN G = -1935 kN
Pendelstütze l = 3,45 m
Beton C 45/55 BSt 500 S (B)
Wohnräume: ψ11 = 0,5
Zeichnung: S. AgatzKUNKEL + Partner
Bemessung nach DIN 1045-1
2
3684,75
5121,8
1,4 ( 8,15%)
78,77
Ed
fiktivRd
tot tot
s
N kN
N kN
erfA cm
ω ρ
=
== =
=
Brandschutztechnische Be-messung nach DIN 41042-22
,
, *1
0,622 3684,75
2291,9
2291,91,94
5121,8
0,87 1,0
Ed fi
Ed fi
fiktivRd
N
kN
N
Nα α
= ⋅
=
= ⋅ = ⋅
= <
32
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Bemessungstabelle für Stützen (DIN 4102-4, Tab. 31)
Ausnutzungsfaktor α1 = 0,87für F180-A: dmin = 345 mm < dvorh = 350 mm
umin = 50 mm ≈ uvorh = 50 mm
Feuerwiderstandsklasse
Die nach DIN 1045-1 bemessene Pendelstütze (mit As = 78,77 cm2!) kann in die Feuerwiderstandsklasse R 180 eingeordnet werden.
α1 = 0,87
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Bemessungskonzept mit α*
� Vorteil� Tabelle 31 aus DIN 4102 Teil 4 weiterhin gültig
� Nachteile� Brandschutznachweis wird bemessungsrelevant
• höhere Tragfähigkeit der Stütze nach DIN 1045-1 im Vergleich zu DIN 1045 kann nicht ausgenutzt werden
• hoher Bewehrungsgrad erforderlich � Nachweis ist zeit- und kostenaufwändig
• erforderliche Mindestquerschnittsabmessung (Tab. 31) kann erst nach Ermittlung von α* abgelesen werden
• doppelte brandschutztechnische Bemessung erforderlich
� Konsequenz� Neue Bemessungstabelle für Stützen erforderlich� Grundlage: Bemessungskonzept der DIN 1045-1
34
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
„Neue“ Bemessungstabelle für Stützen
αααα1 = 0,2
αααα1 = 0,5
αααα1 = 0,7
120
34120
34
120
34
180
37
180
37
120
34
240
34290
40
270
34
300
40
250
37
400
46
320
40
370
46
490
46
Feuerwiderstandsklasse
As = 45,99 cm2; NEd = 3684,75 kN ≈ NRd; NEd,fi = 0,622 ⋅ NEd
Ausnutzungsfaktor α1 = NEd,fi / NRd = 0,622für F120-A: dmin = 343 mm < dvorh = 350 mm
umin = 44 mm < uvorh ≈ 50 mm
α1 = 0,622
Die nach DIN 1045-1 bemessene Pendelstütze (mit As = 45,99 cm2!) kann in die Feuerwiderstandsklasse R 120 eingeordnet werden.
35
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Vergleich mit Versuchswerten
36
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Randbedingungen der Stützentabelle
� Brandbeanspruchung� Einheitstemperaturzeitkurve (ETK) nach DIN 4102-2
37
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Randbedingungen
� Brandbeanspruchung� Betonfestigkeitsklasse
� Normalbeton nach DIN 1045 (07.88)• Rohdichte 2000 kg/m3 < ρ ≤ 2800 kg/m3
• Festigkeitsklasse B15 (C 12/15) bis B55 (C 45/55)
38
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Randbedingungen
� Brandbeanspruchung� Betonfestigkeitsklasse � Statische Randbedingungen
� Ausgesteiftes Gebäude + Stützenenden rotationsbeh.
lcol
lcol
lcol
lcol
Schnitt durchs Gebäude
Rechteckquerschnitt: lcol ≤ 6,0 mKreisquerschnitt: lcol ≤ 5,0 m
39
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Randbedingungen
� Brandbeanspruchung� Betonfestigkeitsklasse � Statische Randbedingungen
� Ausgesteiftes Gebäude + Stützenenden rotationsbeh.
lcol
lcol
lcol
lcol
Grundlagevon Tab. 31
Schnitt durchs Gebäude
l0 = lcol
l0 = lcol
Knickfigur
l0= 0,5.lcol
Raumtemperatur im Brandfall
40
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Randbedingungen
� Brandbeanspruchung� Betonfestigkeitsklasse � Statische Randbedingungen
� Ausgesteiftes Gebäude + Stützenenden rotationsbeh.
lcol
lcol
lcol
lcol
Grundlagevon Tab. 31
Schnitt durchs Gebäude
l0 = lcol
l0 = lcol
Knickfigur
l0= 0,5.lcol
Raumtemperatur im Brandfall
41
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Randbedingungen
� Brandbeanspruchung� Betonfestigkeitsklasse � Statische Randbedingungen
� Ausgesteiftes Gebäude + Stützenenden rotationsbeh.
lcol
lcol
lcol
lcol l0 = lcol
l0 = lcol
l0= 0,7.lcol
nichtdurchTab. 31abgedeckt
Schnitt durchs Gebäude KnickfigurenRaumtemperatur im Brandfall
42
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Randbedingungen
� Brandbeanspruchung� Betonfestigkeitsklasse � Statische Randbedingungen � Mechanische Einwirkungen
� „Kaltbemessung“ nach DIN 1045-1 mit Teilsicherheitsbeiwerten
� Einwirkungskombination nach DIN 1055-100Efi,d,t = ΣγGA ⋅ Gk ⊕ ψ1,1 ⋅ Qk,1 ⊕ Σ ψ2,i ⋅ Qk,i
� Vereinfachte KombinationsregelEfi,d,t = ηfi
. Ed
mit ηfi : Reduktionsfaktor (Stahlbeton/Spannbeton: ηfi ≤ 0,70)
Ed : Einwirkung aus der „Kaltbemessung“
43
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Beispiel 1: Standardfall
� Brandbeanspruchung� Betonfestigkeitsklasse � Statische Randbedingungen � Mechanische Beanspruchung
lcol
lcol
lcol
lcol l0 = lcol
l0 = lcol
Schnitt durchs Gebäude Knickfiguren
l0= 0,5.lcol
Raumtemperatur im Brandfall
Beispiel 1
44
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Beispiel 1: Innenstütze
Innenstütze im 1. Obergeschosseines Warenhauses (ψ1,1 = 0,7)Horizontale Aussteifung durch Wand- und Deckenscheiben vorhanden
DBV, Band 1: Hochbau Beispiel 9
Ersatzlänge: l0 = ß . lcol = 4,20 m
Querschnitt:b / h = 200 / 200 mmAs,tot = 1257 mm2 (4 ∅ 20)Achsabstand u = 40 mm
200
200
u = 40 mm
Baustoffe: Beton C 30/37Betonstahl BSt 500 S (A)
In welche Feuerwiderstandsklasse kanndie Stütze eingestuft werden?
45
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Beispiel 1: Einwirkungen
DBV, Band 1: Hochbau Beispiel 9
Einwirkungen bei Normaltemperatur:
kNN
N
QQGN
Ed
Ed
jkjjQkQkGEd
738
305,05,11505,136335,1
,,0,1,1,
=⋅⋅+⋅+⋅=
⋅⋅+⋅+⋅= ψγγγ
Einwirkungen im Brandfall:
kNN
N
QQGN
fiEd
fiEd
kkkGAfiEd
468
3001507,036300,1
,
,
2,1,21,1,1,
=
⋅+⋅+⋅=
⋅+⋅+⋅= ψψγ
Ausnutzungsfaktor:
,1
Ed fi
Rd
N
Nα = 468
0,634738
−= =−
,Ed fi
Ed
N
N≈
Näherung: NRd ≈ NEd
46
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
„Neue“ Bemessungstabelle für Stützen
αααα1 = 0,2
αααα1 = 0,5
αααα1 = 0,7
120
34120
34
120
34
180
37
180
37
120
34
240
34290
40
270
34
300
40
250
37
400
46
320
40
360
46
490
46
Feuerwiderstandsklasse
R 30 R 60 R 90 R 120 R 180
Ausnutzungsfaktor α1 = NEd,fi / NEd = 0,634für R 60: dmin = 227 mm > dvorh = 200 mm
Die nach DIN 1045-1 bemessene Innenstütze kann nichtin die Feuerwiderstandsklasse R 60 eingestuft werden.
Die Feuerwiderstandsklasse heißt R 30
Ausnutzungsfaktor α1 = NEd,fi / NEd = 0,634für R 30: dmin = 120 mm < dvorh = 200 mm
47
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Beispiel 1: Bauteilwiderstand NRd
DBV, Band 1: Hochbau Beispiel 9
Einwirkungen bei Normaltemperatur:kNNEd 738−=
Einwirkungen im Brandfall:
kNN fiEd 468, −=
Ausnutzungsfaktor:
54,0867
468,1 =
−−==
Rd
fiEd
N
Nα
Bauteilwiderstand:
Programmgesteuert ermittelt aus• Bemessungswert der Einwirkungen
nach Theorie 2. Ordnung• Bemessungswert des Tragwiderstandes
kNNRd 867−=
48
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
„Neue“ Bemessungstabelle für Stützen
Ausnutzungsfaktor α1 = NEd,fi / NRd = 0,54für R 60: dmin = 194 mm < dvorh = 200 mm
umin = 37 mm < uvorh = 40 mm
Die nach DIN 1045-1 bemessene Innenstütze kannin die Feuerwiderstandsklasse R 60 eingestuft werden.
αααα1 = 0,2
αααα1 = 0,5
αααα1 = 0,7
120
34120
34
120
34
180
37
180
37
120
34
240
34290
40
270
34
300
40
250
37
400
46
320
40
360
46
490
46
Feuerwiderstandsklasse
R 30 R 60 R 90 R 120 R 180
Vergleich: Berechnung der Tragfähigkeit mit allgemeinem Rechenverfahren (STABA-F): Branddauer tu = 62 min.
Die nach DIN 1045-1 bemessene Innenstütze kannin die Feuerwiderstandsklasse R 60 eingestuft werden.
49
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Beispiel 2: Innenstütze im obersten Geschoß
� Brandbeanspruchung� Betonfestigkeitsklasse � Statische Randbedingungen � Mechanische Einwirkungen
lcol
lcol
lcol
lcol l0 = lcol
l0 = lcol
l0= 0,7.lcol
Grundlagevon Tab. 31
nichtdurchTab. 31abgedeckt
Schnitt durchs Gebäude KnickfigurenRaumtemperatur im Brandfall
Beispiel 2
Beispiel 1
50
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Beispiel 2: Einwirkungen
Einwirkungen bei NormaltemperaturP = -715 kN G = -1935 kN
Pendelstütze l = 3,45 m
Beton C 45/55 BSt 500 S (A)erf As = 4599 mm2
Wohnräume: ψ1,1 = 0,5
Zeichnung: S. AgatzKUNKEL + Partner
kN
NEd
3685
7155,1193535,1
=⋅+⋅=
Einwirkungen im Brandfall
kNN
G
Q
mit
NN
fiEd
fi
k
k
QGfi
EdfifiEd
22923685622,0
622,037,05,135,1
37,05,00,1
37,01935
715
0,1
,
1,1
,
=⋅=
=⋅+⋅+=
===
⋅+⋅+
=
⋅=
η
ξ
ξγγξψ
η
η
51
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Ersatzstablänge
lcol l0 = β0. lcol
Raumtemperatur
β0 = 1,0
l0,fi = βfi. lcol
βfi = 0,5
Grundlage für Tab. 31: 25,0
0,10 ==fiβ
βfiββ ⋅= 2
!
0
Brand
52
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Ersatzstablänge
„fiktive“ Stütze
β0 = 2 . 0,7 = 1,4
Bauteilwiderstand NRd für „fiktive“ Stützemit l0 = 1,4 . lcol bestimmen
lcol
l0,fi = 0,7 . lcol
βfi = 0,7
Brand
l0 = 1,4 . lcol
53
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Brandschutztechnische Bemessung
NRd = ?Pendelstütze l = 3,45 m
Beton C 45/55 BSt 500 S (A)erf As = 4599 mm2
Wohnräume: ψ1,1 = 0,5
Zeichnung: S. AgatzKUNKEL + Partner
Bauteilwiderstand NRd:für l0 = 1,4 . 3,45 = 4,83 m
l0 = 4,83 m
4,83
Ausnutzungsfaktor:
63,03650
2292,1 =
−−==
Rd
fiEd
N
Nα
kNNRd 3650−=
54
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
„Neue“ Bemessungstabelle für Stützen
Ausnutzungsfaktor α1 = NEd,fi / NRd = 0,63für R 120: dmin = 339 mm < dvorh = 350 mm
umin = 44 mm ≈ uvorh = 40 mm
Die nach DIN 1045-1 bemessene Innenstütze kannin die Feuerwiderstandsklasse R 120 eingestuft werden.
αααα1 = 0,2
αααα1 = 0,5
αααα1 = 0,7
120
34120
34
120
34
180
37
180
37
120
34
240
34290
40
270
34
300
40
250
37
400
46
320
40
360
46
490
46
Feuerwiderstandsklasse
R 30 R 60 R 90 R 120 R 180
Vergleich: Berechnung der Tragfähigkeit mit allgemeinem Rechenverfahren (STABA-F): Branddauer tu = 148 min.
Die nach DIN 1045-1 bemessene Innenstütze kannin die Feuerwiderstandsklasse R 120 eingestuft werden.
55
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Beispiel 3: Randstütze einer Halle
Annahme:In Hallenquerrichtung nicht ausgesteift
b / h =40 / 45 cm6,20
� Keine horizontale Halterung am Kopfpunkt� Keine Rotationsbehinderung am Kopfpunkt� Im Brandfall große Verformungen der Stütze� Versagenszeitpunkt der Stütze tu << tTab.31
DBV, Band 1: Hochbau Beispiel 10
Nachweis mit allg. Rechenverfahren erforderlich
56
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Beispiel 3: Einwirkungen
Einwirkungen bei Normaltemperatur
kNNEd 633−=
Einwirkungen im Brandfall
Beton C 30/37Betonstahl BSt 500 S u = 40 mm
45
40
kNN
N
QGN
fiEd
fiEd
kkGAfiEd
431
680)431(00,1
,
,
2,1,2,
−=
⋅+−⋅=
⋅+⋅= ψγ
oder
kNN
N
fiEd
fiEd
443
)633(70,0
,
,
−=
−⋅=
57
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Horizontale Verformung am Stützenkopf
whoriz.
NEd,fi = -443 kN
58
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Vergleich mit Bemessungstabelle
Ausnutzungsfaktor 0,5 ≤ α1 ≤ 0,7
dvorh = 400 mm
uvorh = 40 mm
αααα1 = 0,2
αααα1 = 0,5
αααα1 = 0,7
120
34120
34
120
34
180
37
180
37
120
34
240
34290
40
270
34
300
40
250
37
400
46
320
40
360
46
490
46
Feuerwiderstandsklasse
R 30 R 60 R 90 R 120 R 180
120‘ < tu < 180‘
Branddauer mit allg. Rechenverf.: tu = 54‘ !
59
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Beispiel 3: Randstütze einer Halle
b / h =40 / 45 cm6,20
Stützen in nicht ausgesteiften Bauwerken dürfenmit Tabelle 31 nicht bemessen werden
DBV, Band 1: Hochbau Beispiel 10
60
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Beispiel 4a: Stütze in Außenwand
Einwirkungen bei Normaltemperatur
kNNEd 633−=
Einwirkungen im Brandfall
, 431Ed fiN kN= −
Brandbeanspruchung:< 4seitig und >1seitig
Statische und konstruktiveRandbedingungen wie Beispiel 3:- Nicht ausgesteiftes Gebäude- Am Kopfpunkt keine Rotations-behinderung
Nachweis mit allgemeinemRechenverfahren erforderlich
61
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Horizontale Verformung am Stützenkopf
62
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Beispiel 4b: Stütze in Außenwand
Einwirkungen bei Normaltemperatur
kNNEd 633−=
Einwirkungen im Brandfall
, 431Ed fiN kN= −
1seitige Brandbeanspruchung
Statische und konstruktiveRandbedingungen wie Beispiel 3:- Nicht ausgesteiftes Gebäude- Am Kopfpunkt keine Rotations-behinderung
Nachweis mit allgemeinemRechenverfahren erforderlich
63
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Horizontale Verformung am Stützenkopf
64
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Vergleich der horizontalen Verformung
65
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
1seitige Brandbeanspruchung
Mindestdicke d in mmzugehöriger Mindestachsabstand u
in mm
100²)
120²)
140²)
16045
20060
Erweiterte Bemessungstabelle
αααα1 = 0,2
αααα1 = 0,5
αααα1 = 0,7
120
34120
34
120
34
180
37
180
37
120
34
240
34290
40
270
34
300
40
250
37
400
46
320
40
360
46
490
46
Feuerwiderstandsklasse
R 30 R 60 R 90 R 120 R 180
Ausnutzungsfaktor αααα1 = 0,7 12034
12034
19034
20034
22037
66
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Beispiel 5: Eingespannte Stütze
12,00 12,00
6,20 D1
Annahmen:- Halle in Längsrichtung ausgesteift- Fußpunkt eingespannt- Keine Rotationsbehinderung am Kopfpunkt
6,20
NEd
40
45
67
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Lastausnutzungsfaktor α1
6,20
NEd
,1
0,7Ed fi Ed
Rd Rd
N N
N Nα ⋅= =
Wie müssen NRd und NEdermittelt werden?
� fehlende Rotationsbehinderung am Stützenkopf:� NRd für fiktive Stützenlänge l0 = 1,4 . lcol ermitteln
� Einspannung am Stützenfuß:� NEd ≤ NRd (beidseitig gelenkig gelagerte Stütze (EF2))
68
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Ermittlung von NRd
Einwirkungen bei NormaltemperaturNEd ≤ NRd = -3930 kN
Einwirkungen im BrandfallNEd,fi ≤ 0,7 . (-3620) = -2534 kN
Bauteilwiderstand bei NormaltemperaturNRd = -3275 kN
1
25340,77 0,70
3275α −= = >
−
Ausnutzungsfaktor
Keine Klassifizierung nach DIN 4102 Teil 22, Tab. 31 (neu) möglich
69
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Beispiel 6 : Giebelstütze einer Halle
50
50
9,0
8,94
8,94
� Keine horizontale Halterung am Kopfpunkt� Keine Rotationsbehinderung am Kopfpunkt� Im Brandfall große Verformungen der Stütze
Nachweis mit allg. Rechenverfahren erforderlich !
Beton C 30/37Betonstahl BSt 500 S (A)4 . 2 ∅ 28, in den EckenAchsabstand u = 55 mm
70
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Beispiel 6 : Einwirkungen
Einwirkungen bei Normaltemperatur:
Leiteinwirkung : Winddruck
NEd = 1,0 . 218 + 0 = 218 kN
HEd = 1,0 . 0 + 1,5 . {qDw,k; HD
w,k}
MEd, 0-0 = -438 kNm
NEdHw
qw
- 4380 -- 0
9,55
1,1, kQkGd QGE ⋅⊕⋅= γγ
71
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Beispiel 6 : Einwirkungen
-98
NEd,fiHw,fi
qw,fi
0 -- 0
500
500
Einwirkungen im Brandfall (ψ1,1 = 0,5)
Leiteinwirkung : Winddruck
NEd,fi = 1,0 . 218 + 0 = 218 kN
HEd,fi = 1,0 . 0 + 0,5 . {qDw,k; HD
w,k}
MEd,fi, 0-0 = -98 kNm
1,1,1, kkGAfid QGE ⋅⊕⋅= ψγ
72
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Beispiel 6 : Einwirkungen
Einwirkungen im Brandfall (ψ1,1 = 0,5)
Leiteinwirkung : Winddruck
NEd,fi = 1,0 . 218 + 0 = 218 kN
HEd,fi = 1,0 . 0 + 0,5 . {qDw,k; HD
w,k}
MEd,fi, 0-0 = -98 kNm
-98
NEd,fiHw,fi
qw,fi
0 -- 0
500
500
1,1,1, kkGAfid QGE ⋅⊕⋅= ψγ
Leiteinwirkung : Windsog
NEd,fi = 1,0 . 218 + 0 = 218 kN
HEd,fi = 1,0 . 0 + 0,5 . {qSw,k; HS
w,k}
MEd,fi, 0-0 = 155 kNm
155
(maßgebend)
73
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Beispiel 6: Momente t= 0 min
t = 0 min t = 0 min
155 kNm-438 kNm
74
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Beispiel 6: Momente im Brand
t = 0 min t = 0 min
M = ?
∆M infolge „heißer“Biegesteifigkeit
t ≤ tu
155 kNm-438 kNm
75
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Beispiel 6: Stützenverformung
76
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Beispiel 6: horizontale Verformung
77
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Zeitplan für „neue“ Stützen-Tabelle
� Genehmigung durch FK Bautechnik� Juni 2006
� Notifizierung� Voraussichtlich bis Ende Juli 2006
� Veröffentlichung� Internetseite der ARGEBAU
� Mitteilungen des DIBt
78
Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Zusammenfassung
� „Neue“ Bemessungstabelle für Stützen � ersetzt Tabelle 31 aus DIN 4102 Teil 4� basiert auf Bemessungskonzept von DIN 1045-1� Grundlage bleibt DIN 4102 Teil 4
� Brandschutztechnische Bemessung� Mindestquerschnittsabmessungen
• Mindestquerschnittsbreite bmin
• Mindestachsabstand u
� Lastausnutzungsfaktor• α1= 0,2 .... 0,5 ... 0,7
� Feuerwiderstandsdauer• R 30 ... R 60 ... R 90 ... R 120 ... R 180
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Brandschutz nach neuen NormenDr.-Ing. Ekkehard Richter TU Braunschweig
Brandschutztechnische Bemessungvon Stahlbetonstützen
nach DIN 1045-1 und DIN 4102
Dr.-Ing. Ekkehard RichterInstitut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB)
Technische Universität Braunschweig
http://www.ibmb.tu-braunschweig.de/docpool/reports/richter.pdfE.Richter@tu-bs.de
http://www.ibmb.tu-braunschweig.de/docpool/reports/richter.pdf