Ingenieure für Brandschutz

Eurocode-Brandschutzteile

und Nationale Anhänge

Neue Normen für die Brandschutzbemessung

Dr. Jochen Zehfuß

hhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH

Fassung September 2012

2

Fassung September 2012 Fassung 21. September 2009

Autor

Dr. Jochen zehFuSS

Dr.-Ing. Jochen zehfuß (rechts) ist niederlassungsleiter von hhpberlin in

hamburg. 2004 kam er ins unternehmen und war zunächst als wissenschaft-

licher Leiter tätig. Seit 2008 führt er nun unsere nördlichste Dependence.

er engagiert sich stark im Bereich der heiß bemessung. u. a. nimmt er teil an

nationalen und internationalen Arbeitskreisen und Konferenzen – zum bau-

lichen Brandschutz und zu seinem Schwerpunkt, den Ingenieurmethoden.

4

Fassung September 2012

5

eurocode-Brandschutzteile und nationale Anhänge

EurocoDE-BrAnDScHutZtEIlE

unD nAtIonAlE AnHänGE

nEuE normEn Für DIE BrAnDScHutZBEmESSunG

In Deutschland basiert die Brandschutzbemessung von Bauteilen und

Tragwerken in der regel auf den materiellen Anforderungen der Bau-

ordnungen bzw. Sonderbauvorschriften sowie den Vorgaben der Bemes-

sungsnorm DIn 4102-4. Diese Vorgaben wurden aus den ergebnissen von

normbrandversuchen nach einheitstemperaturzeitkurve an einzelbau-

teilen abgeleitet. Die Abhängigkeit der Brandeinwirkungen auf Bauteile

von den vorhandenen Brandlasten, den Ventilationsverhältnissen und

der raumgeometrie wird bei dieser pauschalen Betrachtung nicht be-

rücksichtigt. ebenso können Tragreserven infolge von Lastumlagerungen

im Tragsystem mit den fest vorgegebenen randbedingungen der Be-

messungstabellen nicht erfasst werden. Die „traditionelle“ Brandschutz-

bemessung führt daher in vielen Fällen zu einer Überbemessung der

Bauteile.

Im rahmen von schutzzielorientierten Brandschutzkonzepten ist schon

heute in einzelfällen – mit der zustimmung der Genehmigungsbehörden

für Sonderbauten – eine Abweichung von der „traditionellen“ Brand-

schutzbemessung sowie den in den Bauordnungen geforderten „feuer-

beständigen“ oder „feuerhemmenden“ Bauweisen möglich. Dies bedarf

jedoch einer leistungsorientierten Brandschutzbemessung der Bauteile

mit nachweisverfahren, wie sie in den Brandschutzteilen der eurocodes

zur Verfügung gestellt werden.

Speziell für Stahltragwerke und Bauteile im Bestand ist eine Brandschutz-

bemessung nach den eurocodes eine echte Alternative. Sie erfordert zwar

einen erhöhten nachweisaufwand, dieser wird jedoch durch eingesparte

bzw. reduzierte Bekleidungsmaterialien mehr als kompensiert.

1997 wurden die eurocode-Brandschutzteile vom DIn als Vornormen

(DIn V enV) veröffentlicht und grundsätzlich sind sie immer noch an-

wendbar. Mit Ausnahme von eurocode 9 (Aluminiumtragwerke) waren

für die Vornormen nationale Anwendungsdokumente (nAD) erstellt

worden. Darin enthalten sind Angaben zum Anwendungsbereich, zu den

indikativen Werten („boxed values“) sowie zu weiteren technischen

Detailregelungen. Diese nationalen Anwendungsdokumente hatten zum

ziel, Veränderungen des nationalen Sicherheitsniveaus im konstruktiven

Brandschutz zu vermeiden.

Seit 2010 liegen nun die eurocode-Brandschutzteile in deutscher Fassung

als DIn en-normen vor. eine Übersicht über die veröffentlichten en- und

DIn en-normen gibt Tabelle 1.

Für die Anwendung der in Tabelle 1 aufgeführten endgültigen normen

DIn en 199X-1-2 sind nationale Anhänge (nA) erforderlich. Wie die natio-

nalen Anwendungsdokumenten zu den Vornormen enthalten sie zusätz-

liche Festlegungen, um das nationale Sicherheitsniveau zu gewährleis-

ten. Die Anzahl der national veränderbaren Werte (nDP – nationally

Determined Parameters) wurde zwar im Vergleich zu den Vornormen

reduziert, trotzdem gibt es noch eine reihe von Parametern, für die auf

europäischer ebene keine harmonisierung möglich oder erwünscht war.

Daneben kann jedes Mitgliedsland individuell festlegen, ob die in den

eurocode-Teilen enthaltenen sogenannten informativen (d. h. nicht norma-

tiven) Anhänge angewendet werden dürfen.

Seit Dezember 2010 sind die eurocode-Brandschutzteile DIn en 1991-1-2

bis DIn en 1995-1-2 sowie deren nationale Anhänge in der Musterliste

der Technischen Baubestimmungen enthalten. Bis zum Frühjahr 2013

werden dann voraussichtlich die Länder die Brandschutznachweise für

Bauteile und Tragwerke mit Ingenieurverfahren bauaufsichtlich einführen,

so dass sie dem Anwender ganz offiziell zur Verfügung stehen. es bleibt

jedoch anzumerken, dass bei der Anwendung der naturbrandnachweise

weiterhin eine zustimmungspflichtige Abweichung von den materiellen

Anforderungen des Baurechts vorliegt, solange die Bauordnungen und

6

Fassung September 2012

7

eurocode-Brandschutzteile und nationale Anhänge

Sonderbauverordnungen nicht entsprechend novelliert sind. Die Anwen-

dung der allgemeinen rechenverfahren (Level 3) bei eTK-Beanspruchung

ist nun ohne weitere zustimmung der Bauaufsichtsbehörde möglich.

Die eurocode-Brandschutzteile regeln nachweise der Tragfähigkeit

brandbeanspruchter Bauteile und Tragwerke aus unterschiedlichen Bau-

stoffen auf Basis von tabellarischen Daten (in Analogie zu DIn 4102-4)

sowie vereinfachten und allgemeinen rechenverfahren. Durch Anwen-

dung der allgemeinen rechenverfahren besteht in Deutschland erstmals

die Möglichkeit, auch Gesamttragwerke für den Lastfall Brand rechne-

risch zu untersuchen und zu bewerten und so die Brandschutzbemes-

sung zu optimieren. Weiterhin können bei Anwendung der eurocodes

sog. naturbrandmodelle berücksichtigt werden. Dadurch steht erstmals

eine Alternative zur einheitstemperaturzeitkurve zur Verfügung, mit der

die Brandeinwirkungen „situationsabhängig“ auf Basis der tatsächlich

vorhandenen Brandlasten, Ventilationsverhältnisse und Brandraumgeo-

metrie bestimmt werden können. Die nutzung dieser Möglichkeiten er-

fordert jedoch eine besondere Fachkompetenz der Anwender sowie die

einbettung der nachweise in ein ganzheitliches Brandschutzkonzept.

Der nationale Anhang zu DIn en 1991-1-2 enthält zusätzliche regelun-

gen und Präzisierungen für die Anwendung der rechnerischen nach-

weisverfahren. In Anhang AA wird ein vereinfachtes naturbrandmodell

(parametrische Temperaturzeitkurven) für Brände in kleinen und mittel-

großen räumen beschrieben. Mit diesem Verfahren kann – in Abhängig-

keit zu den konkret im Brandraum vorliegenden randbedingungen (Geo-

metrie, Brandlastdichte und Ventilation) – der zeitverlauf der

heißgastemperatur mit einfachen Gleichungen bestimmt werden.

Die Gleichungen lassen sich in ein Tabellenkalkulationsprogramm über-

tragen, so dass sich der Temperaturzeitverlauf sekundenschnell für

derartige räume bei beliebigen randbedingungen innerhalb der Anwen-

dungsgrenzen ermitteln lässt – ganz ohne langwierige und aufwändige

Berechnungen mit allgemeinen rechenmodellen.

cEn-norm DIn-norm Deutscher titel

en 1991-1-2

november 2002

DIn en 1991-1-2

Dezember 2010

eurocode 1: einwirkungen auf Tragwerke – Teil

1–2: Allgemeine einwirkungen – Brandeinwirkun-

gen auf Tragwerke

en 1992-1-2

Dezember 2004

DIn en 1992-1-2

Dezember 2010

eurocode 2: Planung von Stahlbeton- und Spann-

betontragwerken – Teil 1–2: Allgemeine regeln

– Tragwerksbemessung für den Brandfal l

en 1993-1-2

April 2005

DIn en 1993-1-2

Dezember 2010

eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von

Stahlbauten – Teil 1–2: Allgemeine regeln – Trag-

werksbemessung für den Brandfall

en 1994-1-2

August 2004

DIn en 1994-1-2

Dezember 2010

eurocode 4: Bemessung und Konstruktion von

Verbundtragwerken aus Stahl und Beton – Teil

1–2: Allgemeine regeln – Tragwerks bemessung

für den Brandfall

en 1995-1-2

november 2004

DIn en 1995-1-2

Dezember 2010

eurocode 5: entwurf, Berechnung und Bemessung

von holzbauten – Teil 1–2: Allgemeine regeln –

Bemessung für den Brandfall

en 1996-1-2

Mai 2005

DIn en 1996-1-2

April 2011

eurocode 6: Bemessung und Konstruktion von

Mauerwerksbauten – Allgemeine regeln – Teil 1–2:

Tragwerksbemessung für den Brandfall

en 1999-1-2

Februar 2007

DIn en 1999-1-2

Dezember 2010

eurocode 9: Bemessung und Konstruktion von

Aluminiumtragwerken – Teil 1–2: Tragwerksbe-

messung für den Brandfall

Tabelle 1: Übersicht über die originalfassungen

und die deutschen Ausgaben der eurocode-Brandschutzteile

8

Fassung September 2012

9

eurocode-Brandschutzteile und nationale Anhänge

In Anhang BB werden die erforderlichen eingangsdaten für die natur-

brandmodelle angegeben. Der Anhang enthält außerdem ein übergrei-

fendes Sicherheitskonzept, mit dem auch der einfluss von anlagentech-

nischen und abwehrenden Brandschutzmaßnahmen auf die

Brandeinwirkungen berücksichtigt werden kann. Grundgedanke des

Sicherheitskonzeptes ist es, die erforderliche zuverlässigkeit der Brand-

schutzbemessung über die Seltenheit des Brandereignisses und die

hinreichend konservative Festlegung der Bemessungsbrandwirkung

sicherzustellen. Die maßgeblichen Parameter des Bemessungsbrandes

– die Brandlastdichte und die Wärmefreisetzungsrate – werden mit Teil-

sicherheitsbeiwerten beaufschlagt, die entsprechend der erforderlichen

zuverlässigkeit im Brandfall bestimmt werden. Diese errechnet sich als

Quotient der für alle Lastfälle geltenden zulässigen Versagenswahr-

scheinlichkeit von Bauteilen und der Auftretenswahrscheinlichkeit eines

Definition der Parametrischen Temperaturzeitkurven nach Anhang AA

Die Gleichungen lassen sich in ein Tabellenkalkulationsprogramm übertragen, so dass sich der Temperaturzeitverlauf sekundenschnell für derartige Räume bei beliebigen Randbedingungen innerhalb der Anwendungsgrenzen ermitteln lässt – ganz ohne langwierige und aufwändige Berechnungen mit allgemeinen Rechenmodellen.

In Anhang BB werden die erforderlichen Eingangsdaten für die Naturbrandmodelle angegeben. Der Anhang enthält außerdem ein übergreifendes Sicherheitskonzept, mit dem auch der Einfluss von anlagentechnischen und abwehrenden Brandschutzmaßnahmen auf die Brandeinwirkungen berücksichtigt werden kann. Grundgedanke des Sicherheitskonzeptes ist es, die erforderliche Zuverlässigkeit der Brandschutzbemessung über die Seltenheit des Brandereignisses und die hinreichend konservative Festlegung der Bemessungsbrandwirkung sicherzustellen. Die maßgeblichen Parameter des Bemessungsbrandes – die Brandlastdichte und die Wärmefreisetzungsrate – werden mit Teilsicherheitsbeiwerten beaufschlagt, die entsprechend der erforderlichen Zuverlässigkeit im Brandfall bestimmt werden. Diese errechnet sich als Quotient der für alle Lastfälle geltenden zulässigen Versagenswahrscheinlichkeit von Bauteilen und der Auftretenswahrscheinlichkeit eines kritischen Schadenfeuers. Diese hängt wiederum von der Nutzung des Gebäudes und der Versagenswahrscheinlichkeit der vorhandenen anlagentechnischen und abwehrenden Brandschutzmaßnahmen ab.

Der informative Anhang CC enthält Beispiele für die Prüfung und Validierung von Rechenprogrammen für Brandschutznachweise. Zurzeit sind nur wenige Programme auf dem Markt erhältlich, mit denen die rechnerischen Brandschutznachweise durchgeführt werden können. Neu entwickelte Programme können anhand der Beispiele validiert werden. Die Validierung der Programme mit Anhang CC ersetzt jedoch nicht die bauaufsichtlich geforderte Prüfung der Brandschutznachweise durch einen hierfür qualifizierten Prüfingenieur.

hhpberlin wendet die in den Eurocode-Brandschutzteilen und Nationalen Anhängen geregelten rechnerischen Brandschutznachweise bereits seit längerem im Rahmen von Sondergutachten an. Darüber hinaus haben wir uns aktiv an der Entwicklung der Nationalen Anhänge beteiligt. Mit der bauaufsichtlichen Einführung der Eurocode-Brandschutzteile und der Nationalen Anhänge wird die Anwendung der rechnerischen Nachweise in Deutschland künftig erleichtert, so dass diese für eine risikogerechte und wirtschaftlichere Bemessung des baulichen Brandschutzes insbesondere in Sonderbauten genutzt werden können.

tem

pera

ture

[°C

] ..

time [min]

T= (T1-T0)/t1² t² +T0 for t1 <= t

T = (T2-T1)((t-t1)/(t2-t1))1/2+T1 for t1 < t <= t2

T = (T3-T2)((t-t2)/(t3-t2))1/2+T2 for t > t2

section 1 section 2 section 3

(t1;T1) (t3;T3)

(t2;T2)

(t0;T0)

kritischen Schadenfeuers. Diese hängt wiederum von der nutzung des

Gebäudes und der Versagenswahrscheinlichkeit der vorhandenen an-

lagentechnischen und abwehrenden Brandschutzmaßnahmen ab.

Der informative Anhang cc enthält Beispiele für die Prüfung und Vali-

dierung von rechenprogrammen für Brandschutznachweise. zurzeit

sind nur wenige Programme auf dem Markt erhältlich, mit denen die

rechnerischen Brandschutznachweise durchgeführt werden können.

neu entwickelte Programme können anhand der Beispiele validiert wer-

den. Die Validierung der Programme mit Anhang cc ersetzt jedoch nicht

die bauaufsichtlich geforderte Prüfung der Brandschutznachweise durch

einen hierfür qualifizierten Prüfingenieur.

hhpberlin wendet die in den eurocode-Brandschutzteilen und nationalen

Anhängen geregelten rechnerischen Brandschutznachweise bereits seit

längerem im rahmen von Sondergutachten an. Darüber hinaus haben

wir uns aktiv an der entwicklung der nationalen Anhänge beteiligt. Mit

der bauaufsichtlichen einführung der eurocode-Brandschutzteile und

der nationalen Anhänge wird die Anwendung der rechnerischen nach-

weise in Deutschland künftig erleichtert, so dass diese für eine risikoge-

rechte und wirtschaftlichere Bemessung des baulichen Brandschutzes

insbesondere in Sonderbauten genutzt werden können.

Definition der Parametrischen Temperaturzeitkurven

nach Anhang AA

WEItErE InFormAtIonEn www.hhpberlin.de

hhpberlin ist das führende deutsche Ingenieurbüro für Brandschutz mit Sitz

in Berlin, München, hamburg, Frankfurt und Braunschweig. Die im Jahr 2000

aus dem Büro hosser, hass und Partner hervorgegangene Firma entwickelt

weltweit Brandschutzkonzepte für nationale und internationale Bauprojekte.

zu den referenzen gehören u. a. die Münchner Allianz Arena, das Bundes-

kanzleramt, die color Line Arena in hamburg, die Dalian Twin Towers, das

Pudong Museum in china sowie der neue hauptstadt-Airport Berlin-Branden-

burg International. Die Kompetenz von hhpberlin reicht von der brandschutz-

gerechten Fachplanung über die Ausführung bis hin zur Qualitätssicherung

– sowohl im neubau als auch bei der Bauerneuerung.

hhpberlin

Ingenieure für

Brandschutz Gmbh

hauptsitz:

rotherstraße 19

10245 Berlin

Phone +49 (30) 895955 0

Fax +49 (30) 895955 9 101

www.hhpberlin.de

email@hhpberlin.de