DIN Brandschutz praxisgerecht - Bemessung nach neuer. Univ.-Prof. a. D. Dipl.-Ing. Claus Scheer Technische Universität Berlin

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1 Brandschutz praxisgerecht - Bemessung nach neuer DIN Univ.-Prof. a. D. Dipl.-Ing. Claus Scheer Technische Universität Berlin 1

2 Gliederung Ergänzungsdokumente zur DIN Einwirkungen im Brandfall nach DIN 1055 Bemessung von Wänden, Decken und Dächern Bemessung von Holzbauteilen Bemessung von Holzverbindungen Ausblick 2

3 Nationale Brandschutznormen DIN 4102 Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen DIN : Zusammenstellung und Anwendung klassifizierter Baustoffe, Bauteile und Sonderbauteile DIN /A1: Zusammenstellung und Anwendung klassifizierter Baustoffe, Bauteile und Sonderbauteile; Änderung A1 DIN : Anwendungsnorm zu DIN auf der Bemessungsbasis von Teilsicherheitswerten 3

4 Bemessungsnormen DIN Brandfall Normaltemperaturen DIN 1052 Teil (04/88) DIN 4102 Teil 4 (03/94) DIN 1052 Teil 1-2-3/A1 (10/96) DIN 1052 (08/04) Änderung DIN /A1 (11/04) Anwendungsdokument DIN (11/04) 4

5 Ergänzungen zu DIN durch DIN Tabellen für Wände, Decken und Dächer Bemessungsvorschriften für Holzbauteile Bemessungsvorschriften für Verbindungsmittel 5

6 Einwirkungen im Brandfall nach DIN 1055 DIN : Einwirkungen auf Tragwerke DIN : Eigenlasten DIN : Nutzlasten DIN : Windlasten DIN : Schnee- und Eislasten 6

7 Einwirkungen im Brandfall nach DIN genaue Einwirkungskombination Vorspannung führende veränderliche Einwirkung E da = E γ γ ψ ψ GA,j Gk,j PA Pk A d 1,1 Qk,1 j 1 i > 1 2,i Q k,i ständige Einwirkung außergewöhnliche Einwirkung begleitende veränderliche Einwirkung 7

8 Einwirkungen im Brandfall Einwirkungskombination (DIN , Gl.15) E da = E γga,j Gk,j ψ1,1 Qk,1 ψ j 1 i > 1 2,i Q k,i Charakteristische Werte nach DIN

9 Einwirkungen im Brandfall vereinfachte Ermittlung E da = η fi E d Reduktionsfaktor für die Einwirkungen im Brandfall Bemessungswert der Einwirkungen unter Normaltemperaturen E = 0,65 da E d 9

10 Reduktionsfaktor η fi 0,5 für Nutzlast, Wind 1,0 η fi = γ γ GA,j G,j G G k,j k,j + ψ + γ 1,1 Q,1 Q Q k,1 k,1 0,2 für Schnee, Eis 1,35 1,5 10

11 Abminderungsfaktoren η fi nach DIN Abminderungsfaktor ηfi 0,8 0,7 0,65 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 ψ fi = 0,9 ψ fi = 0,7 ψ fi = 0,5 ψ fi = 0,2 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Lastverhältnis Q k,1 /G k 11

12 Fachgebiet Baukonstruktionen Genaue vereinfachte Einwirkungen Brettschichtholzträger F30 qg,k = 2,50 kn/m (ständig) qq,k = 6,00 kn/m (veränderlich) Nutzungsklasse 2 e = 3,33 m Pfettenabstand Festigkeitsklasse GL24h 12

13 Genaue vereinfachte Einwirkungen Auslastung in % kurz (kalt) 13

14 Genaue vereinfachte Einwirkungen Auslastung in % kurz (kalt) kurz 14

15 Genaue vereinfachte Einwirkungen Auslastung in % kurz (kalt) kurz mittel 15

16 Genaue vereinfachte Einwirkungen Auslastung in % kurz (kalt) kurz mittel lang 16

17 Genaue vereinfachte Einwirkungen Auslastung in % kurz (kalt) kurz mittel lang 17

18 Nachweis Wände, Decken, Dächer nach DIN / -22 Zeile Konstruktionsmerkmale Mindestmaße Abkürzungen: MF Mineralfaser- Platten oder - Matten HWL Holzwolle- Leichtbauplatten nach Abschnitt Holzrippen Zulässige Spannung nach Abschnitt Beplankung(en) und Bekleidung(en) Mindestdicke von dicke rohdichte Dämmschicht- Mindest- Holzwerkstoff-platten (Mindestrohdichte ρ = 600 kg/m 3 ) Ausnutzungsfaktor α zul σ D Gipskarton- Feuerschutz- Platten 18 (GKF) b 1 d 1 zul σ D d 2 d α = σ 3 mm c,90,d / mm N/mm² (k c,90 f mm c,90,d ) mm Mineralfaser-Platten oder -Matten nach Abschnitt nach Abschnitt , ) ,5 1,0 2 2, ) , ) , ) 5 1, ) ) 2, ) , ) , ) , ) D mm ρ kg/m 3

19 Bemessung von Holzbauteilen Tabellen entfallen Bemessungskonzepte in Anlehnung an EC Umstellung auf semiprobabilistisches Sicherheitskonzept 19

20 Holzbauteile DIN Bemessungskonzepte Bemessung mit ideellen Restquerschnitten Erhöhte Abbrandraten kleinerer ideeller Querschnitt 20%-Quantilwerte der Festigkeiten und Steifigkeiten unter Normaltemperatur Bemessung mit reduzierter Festigkeit und Steifigkeit genaue Abbrandraten Abnahme der Festigkeiten und Steifigkeiten infolge Querschnittserwärmung 20

21 Abbrandraten 21

22 Abnahme der Festigkeiten von Holz Abnahme der Festigkeit k θ 1 0,8 0,6 0,4 0,2 Druck Schub Zug Temperatur in C 22

23 Abnahme der Festigkeiten von Holz Modifikationsbeiwert kmod,fi 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Druck Biegung Zug 0, u r /A r in m -1 23

24 Bemessung mit ideellem Restquerschnitt Festigkeiten/ Steifigkeiten: 20%-Quantilwerte Vernachlässigung des Temperatureinflusses Restquerschnitt: Abbrand d(t f ) + d 0 ideeller Restquerschnitt (d 0 = 7 mm) 24

25 Bemessung mit reduzierten Festigkeiten und Steifigkeiten Festigkeiten/ Steifigkeiten: 20%-Quantilwerte Berücksichtigung des Temperatureinflusses in Abhängigkeit u r /A r Restquerschnitt: Abbrand d(t f ) verbleibender Restquerschnitt 25

26 z.b. Bemessungswert der Druckspannung im Brandfall Holzbauteile DIN Bemessungswert der Biegespannung im Brandfall k σ c,y,fi c,0,fi,d f c,0,fi,d + k σ m,fi m,y,fi,d f m,y,fi, d 1 Knickbeiwert im Brandfall Bemessungswert der Druckfestigkeit im Brandfall Kippbeiwert im Brandfall Bemessungswert der Biegefestigkeit im Brandfall 26

27 Bemessung mit ideellem Ablauf Restquerschnitt einer Brandschutzbemessung Steifigkeit und Festigkeit von Holzbauteilen Bemessung mit reduzierter Bestimmung des Restquerschnitts für die geforderte Feuerwiderstandsdauer ideeller Restquerschnitt verbleibender Restquerschnitt Bestimmung der rechnerisch vorhandenen Spannung Bestimmung der anzusetzenden Festigkeiten und Steifigkeiten 20%-Quantile der Werte unter Normaltemperaturen abgeminderte 20%-Quantile der Werte unter Normaltemperaturen Bestimmung des Knick- bzw. Kippbeiwertes Nachweisführung für die geforderte Feuerwiderstandsdauer 27

28 Bemessungshilfen zur DIN tabellierte Tragfähigkeiten nach dem genaueren Verfahren in Abhängigkeit der Festigkeitsklassen Feuerwiderstandsdauer t f Querschnittsabmessungen unter Normaltemperaturen Abstützungsabstände im Brandfall 28

29 Bemessungshilfen zur DIN GL24h, b = 120 mm, t f = 30 min (vierseitig) Tragfähigkeit im Brandfall Knick- bzw. Kipplänge l ef in m 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 y b h h R t,0,d,fi R m,z,d,fi R c,0,y,d,fi R c,0,z,d,f R m,y,d,fi R c,0,y,d,fi R c,0,z,d,f R m,y,d,fi R c,0,y,d,fi R c,0,z,d,f R m,y,d,fi R c,0,y,d,fi R c,0,z,d,f R m,y,d,fi R c,0,y,d,fi R c,0,z,d,f R m,y,d,fi [mm] [kn] [kncm] [kn] [kn] [kncm] [kn] [kn] [kncm] [kn] [kn] [kncm] [kn] [kn] [kncm] [kn] [kn] [kncm] , ,4 61, ,8 29, ,1 17, ,1 11, ,7 7, , ,5 88, ,3 42, ,6 24, ,7 15, ,8 11, , ,8 133, ,8 63, ,9 36, ,7 23, ,1 16, , ,5 177, ,5 84, ,2 48, ,3 31, ,8 21, , ,1 222, ,1 105, ,6 60, ,1 39, ,9 27, , ,3 266, ,0 126, ,8 72, ,0 46, ,9 32, , ,2 311, ,0 147, ,5 84, ,8 54, ,2 38, , ,7 356, ,5 168, ,5 96, ,7 62, ,4 43, , ,3 400, ,9 189, ,7 108, ,0 70, ,6 49, , ,8 445, ,8 210, ,5 120, ,0 77, ,4 54, , ,4 489, ,4 231, ,0 132, ,3 85, ,4 59, , ,0 534, ,0 252, ,4 144, ,3 93, ,5 65, , ,5 579, ,5 274, ,7 156, ,0 101, ,9 70, , ,1 623, ,1 295, ,1 168, ,5 109, ,0 76, , ,6 668, ,6 316, ,6 180, ,9 116, ,8 81, , ,2 712, ,2 337, ,2 192, ,3 124, ,5 87, z

30 Tragfähigkeit im Brandfall Knick- bzw. Kipplänge l ef in m 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 h R t,0,d,fi R m,z,d,fi R c,0,y,d,fi R c,0,z,d,f R m,y,d,fi R c,0,y,d,fi R c,0,z,d,f R m,y,d,fi R c,0,y,d,fi R c,0,z,d,f RR R c,0,y,d,fi R c,0,z,d,f R m,y,d,fi R c,0,y,d,fi R c,0,z,d,f R m,y,d,fi m,y,d,fi [mm] [kn] [kncm] [kn] [kn] [kncm] [kn] [kn] [kncm] [kn] [kn] [kncm] [kn] [kn] [kncm] [kn] [kn] [kncm] , ,4 61, ,8 29, ,1 17, ,1 11, ,7 7, , ,5 88, ,3 42, ,6 24, ,7 15, ,8 11, , ,8 133, ,8 63, ,9 36, ,7 23, ,1 16, , ,5 177, ,5 84, ,2 48, ,3 31, ,8 21, , ,1 222, ,1 105, ,6 60, ,1 39, ,9 27, , ,3 266, ,0 126, ,8 72, ,0 46, ,9 32, , ,2 311, ,0 147, ,5 84, ,8 54, ,2 38, , ,7 356, ,5 168, ,5 96, ,7 62, ,4 43, , ,3 400, ,9 189, ,7 108, ,0 70, ,6 49, , ,8 445, ,8 210, ,5 120, ,0 77, ,4 54, , ,4 489, ,4 231, ,0 132, ,3 85, ,4 59, , ,0 534, ,0 252, ,4 144, ,3 93, ,5 65, , ,5 579, ,5 274, ,7 156, ,0 101, ,9 70, , ,1 623, ,1 295, ,1 168, ,5 109, ,0 76, , ,6 668, ,6 316, ,6 180, ,9 116, ,8 81, , ,2 712, ,2 337, ,2 192, ,3 124, ,5 87, Bemessungshilfen zur DIN GL24h, b = 120 mm, t f = 30 min (vierseitig) 30 4,0

31 Bemessungshilfen zur DIN Voraussetzungen der Vergleichsbetrachtung 65% des Bemessungswertes der Einwirkungen unter Normaltemperaturen unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte des Materials γ M = 1,3; γ M,fi = 1,0 Modifikationsbeiwert k mod = 0,9 31

32 Verbindungen Umstellung auf semiprobabilistisches Sicherheitskonzept 32

33 Bemessung von Holzverbindungen Änderungen von DIN durch DIN Regelungen entsprechen im Wesentlichen DIN Bezeichnungen entsprechend DIN 1052: Ermittlung von R k,fi statt N 33

34 Verbindungen DIN charakteristische Lochleibungsspannung im Brandfall Abbrandrate Geometrie- Faktor R k,fi 1 = kconn,fi fh,1,k 1 n 2 2 k90 sin α + cos ( t 30 β ) d η α Stabdübel Seitenholzdicke Durchmesser Abminderungsfaktor 34

35 Ausblick neues Konzept der Bemessungsverfahren E d,fi R d,fi Tragfähigkeit im Brandfall R d,fi = ξ fi R d ξ fi = R R d,fi d = Tragfähigkeit im Brandfall Tragfähigkeit unter Normaltemperatur 35

36 Numerische Tragfähigkeitsermittlung von Holzbauteilen im Brandfall unter Berücksichtigung des nichtlinearen Materialverhaltens Querschnittswerte Festigkeitsklasse CD 40 b / h = 120 / 160 mm Dauer der Brandbeanspruchung Temperaturentwicklung bei Holzquerschnitten im Brandfall t fi = 30 min Temperatur T in K 36

37 Numerische Tragfähigkeitsermittlung von Holzbauteilen im Brandfall unter Berücksichtigung des nichtlinearen Materialverhaltens Querschnittswerte Festigkeitsklasse C40 b/h = 120/160 mm t fi Brandbeanspruchung = 30 min (vierseitig) Höhe h in mm Verteilung der Biegespannung im Brandfall Breite b in mm Spannung σ m,y,fi in N/mm 2 37

38 Ermittlung der Tragfähigkeit von stabförmigen Verbindungsmitteln im Brandfall Temperaturentwicklung bei Stabdübeln im Brandfall 38

39 Noch Fragen?! Ich habe fertig! 39