Neufassung der DAfStb Hefte 220 /240

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1 Neufassung der DAfStb Hefte 220 /240 Überarbeitung Heft 220 (neu: Heft 630) Bemessung für den Brandfall Prof. Dr. Jochen Zehfuß Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (ibmb) Technische Universität Braunschweig Bemessung im Brandfall Vortragsgliederung Einführung Eurocode-Brandschutznachweise Nachweisebenen Bemessungsregeln hochfester Beton Bemessungshilfen Anwendungsbeispiel Zusammenfassung

2 Eurocode-Brandschutznachweise Verfahren zur Tragwerksbemessung p Grenzzustände t fi,d ³ t fi,requ Zeitbereich (Feuerwiderstandsdauer) R fi,d,t ³ E fi,d,t Festigkeitsbereich (wie Kaltbemess.) Q d Q cr,d Temperaturbereich (krit. Temperatur)

3 Bemessung im Brandfall p Grenzzustände t fi,d ³ t fi,req Zeitbereich (Feuerwiderstandsdauer) t fi,req aus der Bauordnung in Abhängigkeit von Bauwerk und Bauteil: feuerbeständig R 90, REI 90, EI 90 hochfeuerhemmend R 60, REI 60, EI 60 feuerhemmend R 30, REI 30, EI 30 t fi,d aus DIN EN 199x-1-2 (x = und 9) z. B : Tabellarischer Nachweis der erf. Mindestmaße und Achsabstände Bemessung im Brandfall p Grenzzustand E fi,d,t R fi,d,t Festigkeitsbereich (wie Kaltbemessung) Einwirkungen Bauteil-Widerstand Q k1 G k E fi,d = g GA G k + y fi Q k1 mit g GA = 1,0 y fi = 0,8 0 (Kombinationsbeiwert) R fi,d = {A c, A s, f ck,q /g c,fi, f yk,q /g s,fi } mit g c,fi = 1,0 g s,fi = 1,0

4 Spannung s = Z i / A Reduzierung mechanischer Einwirkungen im Brandfall 20 C Bemessungswert der Einwirkungen bei Normaltemperatur: Ed = 1,35 GK + 1,5 QK Bemessungswert der Einwirkungen im Brandfall (außergewöhnlicher = seltener Lastfall): E = 1,0 G + y Q d,fi K 2,1 K E = 0,7 E d,fi d Bemessung im Brandfall p Grenzzustände t fi,d ³ t fi,req Zeitbereich (Feuerwiderstandsdauer) E fi,d,t R fi,d,t Festigkeitsbereich (wie Kaltbemessung) Q d,t Q cr,d Temperaturbereich (krit. Temperatur) Q d,t f yk = f(z 0, Q 20 C ) f yk,1 = f(z 1, Q cr,1 ) Z i Dl f yk,2 = f(z 2, Q cr,2 ) (Q cr,2 > Q cr,1 ) l Dehnung e = Dl / l

5 Vereinfachtes Rechenverfahren Zonenmethode nach EC (Ebene 2) q cm + quarzithaltige Gesteinskörmung kalksteinhaltige Gesteinskörnung k c (q cm ) q cm w = b/2 Vereinfachtes Rechenverfahren Zonenmethode nach EC (Ebene 2) Zugbew., warmgewalzt mit ε s,fi 2 % k s (q s ) Zugbew., kaltverformt mit ε s,fi 2 % Druck und Zug mit ε s,fi < 2 % q s = 500 q s Balken 600 x 300 mm 2, R 90

6 h a z z' h' y' Vereinfachtes Rechenverfahren Zonenmethode nach EC (Ebene 2) q cm + F c,fi,d (t) = y' b' k c (q c,m ) f ck F s,fi,d (t) = A s k s (q s ) f yk a z b' b a z g c,fi = g s,fi = 1,0 Nachweisgleichung: M R,fi,d (t) = F s,fi,d (t) z' ³M E,fi,d Allgemeine Rechenverfahren Ebene 3 Allgemeines Rechenverfahren Thermische Analyse Ermittlung des Wärmestroms auf die Bauteile infolge der Temperaturbeanspruchung Berechnung der Temperaturverteilung im Querschnitt Mechanische Analyse Gleichgewichtszustand im Querschnitt thermische Dehnung s T 1 T 2 Eigenspannungen T 3 Gleichgewichtszustand für das Tragsystem Zwangspannungen e geometrische Imperfektionen (Theorie II. Ordnung)

7 Temperaturabhängige Materialeigenschaften Beton thermisch mechanisch 20 C sc (Q ) / fc(20 C) Dehnung [%] Übersicht Nachweisalternativen

8 Hochfester Beton Für Bauteile aus hochfestem Beton C55/67 C80/95 können Bemessungstabellen in EC für Normalbeton angewendet werden, wenn Mindestquerschnittsabmessungen Dh bzw. Db vergrößert werden Und der tabellierte Achsabstand a mit dem Faktor k multipliziert wird: k = 1,1 für C55/67 und C60/75 k = 1,3 für C70/85 und C80/95 Bemessungshilfen Temperaturprofile (z. B. gevoutete Querschnitte) Stützen in ausgesteiften Bauwerken Stahlbeton-Kragstützen Balken und Platten

9 Anwendungsbeispiel Innenstütze Nachweis der Feuerwiderstandsdauer R nach DIN EN Abs (Methode A) Bemessungstabelle oder Gleichung 5.7: R = 120 ((R hfi + R a + R l + R b + R n ) / 120) 1,8 min Gegeben: Parameter a cc = 0,85 Bemerkung f cd [N/mm 2 ] 11,3 f cd = a cc f ck / 1,5 f yd [N/mm 2 ] 435 w 0,27 w = (A s,tot f yd )/(A c f cd ) a [mm] 39 Achsabstand N Rd [kn] m fi 0,43 m fi = N E,fi,d / N Rd l 0,fi [m] 2,60 Knicklänge im Brand Anwendungsbeispiel Innenstütze R = 120 ((R hfi + R a + R l + R b + R n ) / 120) 1,8 min R = 120 (( , ,5 + 12) / 120) 1,8 min 128

10 Anwendungsbeispiel Innenstütze R = 135 min => 15 min Reserve Um wie viele mm kann der Achsabstand a verringert werden, damit noch R 120 eingehalten wird? Für R = 120 min => Parameter: 120 D = = -8 => R a = 14,5-8 = 6,5 D => a (abgelesen) = 34 mm D => Der Achsabstand kann um 5 mm verringert werden Zusammenfassung und Fazit Eurocode-Brandschutznachweise Nachweisebenen Bemessungsregeln hochfester Beton Bemessungshilfen Temperaturprofile (z. B. gevoutete Querschnitte) Stützen in ausgesteiften Bauwerken Stahlbeton-Kragstützen Balken und Platten Anwendungsbeispiel Innenstütze