Tragwerksanalyse für den Brandfall

Mit diesem Modul kann die Tragwerksanalyse für den Brandfall nach dem allgemeinen Rechenverfahren für ebene und räumliche Stab- und Flächentragwerke durchgeführt werden. Dabei kommen Stahl-, Stahlbeton-, Holz- und Verbundquerschnitte unter Berücksichtigung der folgenden Normen zur Anwendung:

  • EN 1992-1-2
  • EN 1993-1-2
  • EN 1995-1-2
Die Prüfung und Validierung mit den Beispielen aus dem Anhang CC der DIN EN 1991-1-2/NA:2010-03 wurde durchgeführt. Dabei wurden die geforderten Toleranzen eingehalten. Eine Dokumentation der Berechnungen und erzielten Ergebnisse steht im Servicebereich zum Download bereit.

 

Für Volumenmodelle stehen darüberhinaus folgende Berechnungsmöglichkeiten zur Verfügung:

  • Stationäre und instationäre Temperaturverteilung
  • Veränderliche Wärmequellen
  • Spannungsberechnung inf. der ermittelten Temperaturverteilung

Tragwerksanalyse für den Brandfall:

  • Beliebige Querschnittsgeometrie
  • Stahl, Stahlbeton sowie freie Materialien (z.B. Dämmung) innerhalb eines Querschnitts
  • Vordefinierte und benutzerdefinierte thermische Eigenschaften
  • Einheits-Temperaturzeitkurve, Hydrokarbon-Brandkurve, etc.
  • Benutzerdefinierbare Brandkurven, unterschiedliche Brandfälle
  • Berechnung der Temperaturprofile im Querschnitt mittels nichtlinearer Zeitschritt-Integration
  • Strahlung und Konvektion in Hohlräumen von Querschnitten
  • Temperaturabhängige thermische Dehnungen und Spannungs-Dehnungslinien
  • Nichtlineare Zeitschritt-Berechnung des Tragwerkes nach dem allgemeinen Rechenverfahren
  • Graphische Ausgabe der zeitabhängigen Verformungen, Schnittgrößen, Auflagerreaktionen und Querschnittsspannungen
  • Thermische Berechnung von Volumenmodellen

Thermische Berechnung

Zeitlicher Verlauf der Querschnittstemperatur
Zeitlicher Verlauf der Querschnittstemperatur

Die Temperaturverteilungen in den Querschnitten infolge thermischer Beanspruchungen werden im Rahmen einer nichtlinearer Zeitschritt-Integration ermittelt.

Dreiseitig beflammter Verbundquerschnitt mit einem adiabatischen Rand
Dreiseitig beflammter Verbundquerschnitt mit einem adiabatischen Rand
Schleuderbetonstütze mit Bewehrungseisen, Temperaturverteilung nach 90 min ETK
Schleuderbetonstütze mit Bewehrungseisen, Temperaturverteilung nach 90 min ETK

Innerhalb eines Querschnittes können verschiedene Materialien wie z.B. Stahlbeton, Stahl oder Dämmung verwendet werden. Für deren thermische Kennwerte lassen sich bei Bedarf benutzerdefinierte Kurven vorgeben.

Querschnittsränder mit Brandkurven
Querschnittsränder mit Brandkurven
Strahlung und Konvektion im Inneren des Querschnittes
Strahlung und Konvektion im Inneren des Querschnittes

Den Querschnittsrändern werden die nötigen Wärmeübergangsbedingungen und Brandbeanspruchungen zugeordnet. Dabei können z.B. die Einheits-Temperaturzeitkurve (ETK), benutzerdefinierte Brandkurven oder eine konstante Umgebungstemperatur gewählt werden.

Das Zeitinkrement sowie die Zeitdauer werden vom Anwender festgelegt und sowohl bei der thermischen als auch bei der anschließenden mechanischen Berechnung verwendet. Als Ergebnis stehen die Temperaturprofile für alle Zeitpunkte zur Verfügung.

Temperatur-Zeit-Verlauf an einem ausgewählten Querschnittspunkt
Temperatur-Zeit-Verlauf an einem ausgewählten Querschnittspunkt

Mechanische Berechnung

Im Rahmen der mechanischen Analyse wird eine nichtlineare Zeitschritt-Berechnung nach dem 'Allgemeinen Rechenverfahren' der Normen EN 1992-1-2, EN 1993-1-2 und EN 1995-1-2 durchgeführt.

Die thermischen Dehnungen und Spannungs-Dehnungs-Linien im Querschnitt werden mit den  Temperaturprofilen aus der thermischen Analyse bestimmt.

Bezogene Spannungs-Dehnungs-Linien für Beton mit quarzhaltigen Zuschlägen
Bezogene Spannungs-Dehnungs-Linien für Beton mit quarzhaltigen Zuschlägen
Temperatur- und Spannungsverteilung an einem Stahlbetonquerschnitt
Temperatur- und Spannungsverteilung an einem Stahlbetonquerschnitt

(Beispiel aus: Entwicklung eines vereinfachten Rechenverfahrens zum Nachweis des konstruktiven Brandschutzes bei Stahlbeton-Kragstützen, Sonderforschungsvorhaben S 008)

Literatur

DIN EN 1991-1-2/NA:2010-12
Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter –
Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke –
Teil 1-2: Allgemeine Einwirkungen - Brandeinwirkungen auf Tragwerke.
Herausgeber: DIN Deutsches Institut für Normung e.V., Berlin.
Beuth Verlag, Berlin 2010.

DIN EN 1992-1-2/NA:2010-12
Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter –
Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken –
Teil 1-2: Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall.
Herausgeber: DIN Deutsches Institut für Normung e.V., Berlin.
Beuth Verlag, Berlin 2010.

DIN EN 1993-1-2/NA:2010-12
Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter –
Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten –
Teil 1-2: Allgemeine Regeln – Tragwerksbemessung für den Brandfall.
Herausgeber: DIN Deutsches Institut für Normung e.V., Berlin.
Beuth Verlag, Berlin 2010.

DIN EN 1995-1-2/NA:2010-12
Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter –
Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten –
Teil 1-2: Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall.
Herausgeber: DIN Deutsches Institut für Normung e.V., Berlin.
Beuth Verlag, Berlin 2010.

EN 1991-1-2:2010
Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke –
Teil 1-1: Allgemeine Einwirkungen - Brandeinwirkungen auf Tragwerke.
Herausgeber: CEN Europäisches Komitee für Normung, Brüssel.
Beuth Verlag, Berlin 2010.

EN 1992-1-2:2004/AC:2008
Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken –
Teil 1-2: Allgemeine Regeln – Tragwerksbemessung für den Brandfall.
Herausgeber: CEN Europäisches Komitee für Normung, Brüssel.
Beuth Verlag, Berlin 2008.

EN 1993-1-2:2005/AC:2009
Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten –
Teil 1-2: Allgemeine Regeln – Tragwerksbemessung für den Brandfall.
Herausgeber: CEN Europäisches Komitee für Normung, Brüssel.
Beuth Verlag, Berlin 2009.

ENV 1994-1-2:1997
Eurocode 4: Bemessung und Konstruktion von Verbundtragwerken aus Stahl und Beton –
Teil 1-2: Allgemeine Regeln – Tragwerksbemessung für den Brandfall.
Herausgeber: CEN Europäisches Komitee für Normung, Brüssel.
Beuth Verlag, Berlin 1997.

EN 1995-1-2:2010
Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten –
Teil 1-2: Allgemeine Regeln - Bemessung für den Brandfall.
Herausgeber: CEN Europäisches Komitee für Normung, Brüssel.
Beuth Verlag, Berlin 2010.

A Heat Transfer Textbook,
J.H.Lienhard IV and J.H.Lienhard V, Phlogiston Press Cambridge, Massachusetts, U.S.A., 2008.

Leitfaden Ingenieurmethoden des Brandschutzes, Technischer Bericht vfdb TB 04/01,
Hrsg. Dietmar Hosser, Altenberge, Braunschweig 2006.

Bemessung von Tragsystemen mehrgeschossiger Gebäude in Stahlbauweise für realistische Brandbeanspruchung, J. Zehfuß, Dissertation, TU Braunschweig, 2004.

Brandschutzbemessung im Massivbau - insbesondere Stahlbetonstützen -
Dr.-Ing. Ekkehard Richter, Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB)
Technische Universität Braunschweig, 2007.

Tragverhalten stählerner Rahmensysteme bei Brandbeanspruchung,
A. Rubert und P. Schaumann, Stahlbau 9/1985, Wilhelm Ernst & Sohn.

Nachweis der Brandsicherheit von kammerbetonierten Verbundbauteilen über Grenzbrandlasten,
J. Upmeyer, Dissertation, TU Hannover, 2001

Brandbeständigkeit von Faser-, Stahl- und Spannbeton,
Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie, Straßenforschung Heft 544, Wien 2004.