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Brandsimulation

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Möglichkeiten der Simulationim Brandschutzingenieurwesen

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Inhalt• Einführung

• Beschreibung der Brandeinwirkung

• Simulation der Temperatur und der Rauchausbreitung im Gebäude

• Simulation der Brandwirkungen in Bauteilen

• Simulation des Personenverhaltens

• Ausführungsbeispiele

• Zusammenfassung und Fazit

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Inhalt• Einführung

• Beschreibung der Brandeinwirkung

• Simulation der Temperatur und der Rauchausbreitung im Gebäude

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• Ausführungsbeispiele

• Zusammenfassung und Fazit

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hhpberlin steht seit 2000 für Brandschutz aus einer Hand

• mit Standorten in Berlin, München, Hamburg und Frankfurt am Main

• mit einem Team von 90 Mitarbeitern aus Ingenieuren, Architekten und Physikern, öffentlich

bestellte und vereidigte Sachverständige sowie zahlreiche freien Mitarbeitern und

strategischen Partnern

• von Beginn an Einsatz und Weiterentwicklung innovativer Ingenieurmethoden in den

Bereichen Brandsimulation, Brandschutzbemessung und Entfluchtungssimulation

Brandschutz-konzepte

Brandschutz-konzepte

Ingenieur-methoden

Ingenieur-methoden

Bau-begleitung

Bau-begleitung

Brandschutz-dokumente

Brandschutz-dokumente

Brandschutz der nächsten Generation

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Brandschutzbemessung in der Praxis• Brandschutz wird im Baurecht (LBauO, SonderbauVO,…) geregelt

• es werden

- zu erfüllende Schutzziele und

- materielle Anforderungen z. B. an Bauteile oder anlagentechnische Maßnahmen

formuliert „präskriptive Vorschriften“

• Präskriptive Vorschriften

- Sicherheit durch Erfüllung der Anforderungen der Vorschriften

- VORTEIL: Einfache Bemessung (Bemessungstabellen)

- NACHTEIL: Häufig konservativer Nachweis

Schutzzielorientierte Nachweise mit Ingenieurmethoden können wirtschaftlichere Gebäude ermöglichen

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Nachweismöglichkeiten der Schutzziele

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Präskriptive Vorschriften

• z. B. HBauO:

„Tragende und aussteifende Wände und Stützen

müssen in Gebäuden der Gebäudeklasse 5

feuerbeständig sein.“

• z. B. MVStättV:

„Versammlungsstätten mit Versammlungsräumen

von insgesamt mehr als 3 600 m² Grundfläche

müssen eine automatische Feuerlöschanlage

haben.“

Brandschutzmaßnahmen werden

pauschal gefordert, die Erfüllung der

Schutzziele aber nicht nachgewiesen

Erfüllung über Einhaltung von Normen, z. B. DIN 4102-4 03/1994

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Schutzzielorientierter Nachweis

• Schutzzielorientiertes Vorgehen mit Ingenieurmethoden

- zu erfüllende Schutzziele werden quantitativ nachgewiesen

- Wirkung von Schutzmaßnahmen (baulich, anlagentechnisch, abwehrend) kann

berücksichtigt werden wirtschaftlichere Konzepte

• Vorgehen beim Nachweis

- Schutzziele müssen Schutzzielkriterien zugeordnet werden

- repräsentativer Bemessungsbrand muss definiert werden

- Nachweis wird mit Ingenieurmethoden (z. B. Eurocodes)

- Einbindung in ein Brandschutzkonzept erforderlich

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Nachzuweisende Schutzziele

• § 14 BauO Bln „Brandschutz“

„Bauliche Anlagen sind so anzuordnen, zu errichten, zu ändern und instand zu halten, dass der

Entstehung eines Brandes und der Ausbreitung von Feuer und Rauch (Brandausbreitung)

vorgebeugt wird und bei einem Brand die Rettung von Menschen und Tieren sowie wirksame

Löscharbeiten möglich sind.“

• Entsprechende Nachweise

- Standsicherheit: Brandschutztechnischer Nachweis der Tragkonstruktion

(Simulation der Temperaturverteilung, Erwärmungsberechnung des Tragwerks,

Mechanische Analyse)

- Personensicherheit: Nachweis raucharmer Schichten, Nachweis der sicheren

Evakuierung (Simulation der Rauchausbreitung)

- Wirksame Löscharbeiten: Nachweis raucharmer Schichten, ggf. in geringeren

Schichthöhen

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Inhalt• Einführung

• Beschreibung der Brandeinwirkung

• Simulation der Temperatur und der Rauchausbreitung im Gebäude

• Simulation der Brandwirkungen in Bauteilen

• Simulation des Personenverhaltens

• Ausführungsbeispiele

• Zusammenfassung und Fazit

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• Die herkömmliche Brandschutzbemessung basiert auf Feuerwiderstands-

klassen und nominelle Temperaturzeitkurven

- „feuerbeständig“ – F90 (90 Minuten Einheitstemperaturkurve/ETK)

- „hochfeuerhemmend“ – F60 (60 Minuten ETK)

- „feuerhemmend“ – F30 (30 Minuten ETK)

• Nominelle Temperaturzeitkurven

- Einheitstemperaturzeitkurve (ETK)

- Außenbrandkurve

- Hydrocarbonkurve

Thermische Einwirkungen

0

200

400

600

800

1000

1200

0 30 60 90 120 150 180

Zeit [min]

Te

mp

era

tur

[°C

] Einheitstemperaturzeitkurve

Externe Brandkurve

Hydrokarbonkurve

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Naturbrände

• Reale Schadensfeuer verlaufen signifikant anders als nominelle Kurven

- Gegenüber einem realen Brand birgt eine auf die ETK ausgelegte Konstruktion

erhebliche Reserven

- Nachweise mit Ingenieurmethoden basieren in der Regel auf so genannten

Naturbränden, die sich an realen Brandverläufen und -lasten orientieren

0

200

400

600

800

1000

1200

0 15 30 45 60 75 90

Zeit [min]

Tem

pera

tur

[°C

]

Einheitstemperaturzeitkurve (ETK)

natürliche Brände

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Vorteile von Naturbrandmodellen

• Der Brand wird realistischer modelliert, da sich i.d.R. nicht im ganzen Raum

die durch nominellen Temperaturkurven attestierten Temperaturen einstellen

• Gerade in großen Räumen oder bei geringen Brandlasten bzw. vorhandenen

Löschmaßnahmen können Naturbrandmodelle erhebliche Reduktionen der

Anforderungen bewirken

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Beschreibung realistischer Brandeinwirkungen• Der Quellterm, für die Nachweise mit Ingenieurmethoden, der sogenannte

„Bemessungsbrand“ muss die wesentlichen Randbedingungen eines

möglichen Feuers abbilden.

Brandschutz-maßnahmen

Feuer

Brandlast

GeometrieVentilation

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Bemessungsbrand

• Üblicherweise dient die Wärmefreisetzungsrate Q´(t) als Eingangsgröße in die

Modelle zur Brandsimulation

• Je nach nachzuweisendem Schutzziel können auch abwehrende und

anlagentechnische Schutzmaßnahmen im Bemessungsbrand

berücksichtigt werden

Einflüsse auf den Brandverlauf

Q(t)

t

Naturbrand

Bemessungsbrand

`

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Zeit

Energ

iefr

eis

etz

ungsra

te

2

0

g

tQ(t) Q

t

max max,v max,fQ MIN Q ; Q

t1 t2 t3

Entwick-lungs-phase Vollbrandphase Abklingphase

70% der Brandlast verbrannt

Wärmefreisetzungsrate

Bemessungsbrand

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Brandbekämpfungsmaßnahmen

Ausbreitung erreicht BrandabschnittsgrenzenFeuerwehr startet Bekämpfung nach ca. 20 Min

Eingreifzeit

Verkürzung der Eingreifzeit durch BMA

Intervention time

frühe Brandkontrolle durch Sprinklereingriff

Aktivierungszeitpunkt

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Zukunft: Pyrolysemodelle

• Die thermische Zersetzung und die Verbrennung wird nicht implizit über einen

Bemessungsbrand, sondern direkt simuliert

• Die mathematische Modellierung der physikalischen und chemischen Prozesse

von realen Materialien während der Pyrolyse steht noch am Anfang der Forschung

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Inhalt• Einführung

• Beschreibung der Brandeinwirkung

• Simulation der Temperatur und der Rauchausbreitung im Gebäude

• Simulation der Brandwirkungen in Bauteilen

• Simulation des Personenverhaltens

• Ausführungsbeispiele

• Zusammenfassung und Fazit

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Simulation der Temperaturentwicklung

• als Eingangsgröße für die Brandschutztechnische Bemessung, d. h. die

Gewährleistung der Standsicherheit bzw. Tragfähigkeit im Brandfall,

ist immer dann erforderlich, wenn von bauordnungsrechtlichen

Anforderungen hinsichtlich der Feuerwiderstandsfähigkeit abgewichen

werden soll.

• als zusätzliches Kriterium

zur Bewertung der Personensicherheit

und der Gewährleistung wirksamer Löscharbeiten

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Simulation der Rauchausbreitung

• Zum Nachweis von raucharmen Schichten, zur Gewährleistung der

Personensicherheit und wirksamer Löscharbeiten

- gefordert in Versammlungsräumen größer 1.000 m²

- gefordert in Industriehallen mit Brandabschnittsflächen größer 1.600 m²

- bei Abweichungen vom Regelbau

• in Atrien, in denen Rettungswege über offene Gänge führen

• in großen zusammenhängenden Bereichen

(Bahnhöfen, Flughäfen, Verkaufsstätten)

- Bemessung der Rauchableitung, d. h. ggf.

Reduktion der erforderlichen Rauchabzugs-

fläche (vor allem bei großen Räumen,

z. B. Industriehallen)

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Modellierung der Brandeinwirkung

• Das Phänomen Feuer ist ein hochgradig in stationärer und komplexer Vorgang

• Im Feuer laufen thermische Zersetzungsprozesse ab, Energie und

Verbrennungsprodukte werden freigesetzt

• Der entstehende Brandrauch besitzt infolge seiner Temperatur eine geringere Dichte

als die Umgebungsluft und steigt auf

• Es entsteht ein Unterdruck infolge der

Aufstiegsgeschwindigkeit, es kommt zur

Einmischung von Umgebungsluft und

einer Vergrößerung der Rauchgasmenge

die sich im Raum verteilt

Die korrekte Abbildung aller Phänomene ist

noch Gegenstand aktueller Forschung.

Es existieren unterschiedlich Approximationsmethoden.

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Vereinfachte ModelleVereinfachte Modelle Allgemeine ModelleAllgemeine Modelle

Plume-Modelle, z.B. HESKESTAD, THOMAS/HINKLEY

Plume-Modelle, z.B. HESKESTAD, THOMAS/HINKLEY

Zonen-Modelle, z.B. CFAST, MRFC, FIGARO

Zonen-Modelle, z.B. CFAST, MRFC, FIGARO

CFD-Modelle, z.B. FDS, CFX, COBRA, FLUENT

CFD-Modelle, z.B. FDS, CFX, COBRA, FLUENT

AufwandAufwandgeringgering hochhoch

Brandwirkungen im Gebäude

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• Wurden in der Regel auf Grundlage von Versuchen zur Beschreibung

lokaler Brandereignisse ermittelt („Plumemodelle“) - z. B. McCaffrey,

Heskestad, Zukoski)

• dürfen nur im Rahmen der Randbedingungen der

Versuche eingesetzt werden• z. B. Verfahren nach Heskestad/Hasemi

- für Räume > 400 m²

- für Wärmefreisetzungsrate < 50 MW

- D <= 10 m

- Brandlastdichte >= 250 kW/m²

Vereinfachte Naturbrandmodelle

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Zeit [min]

Te

mp

era

tur

[°C

]

En

erg

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eis

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un

gsra

te [

MW

]

T2

t2

T3

t3

T1

t1

Heißgastemperatur-zeitkurve

Wärmefrei-setzungsrate

Korrelation des zeitlichen Verlaufs

Realbrandkurven

• Beschreiben die Temperaturentwicklung im ganzen Raum

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Zonenmodelle• Unterscheidung zwischen Heißgasschicht und Kaltgasschicht im Brandraum

• Jeweils homogene Temperatur und Rauchgaskonzentration in Heißgas und Kaltgasschicht

• Mehrraum-Mehrzonenmodell ermöglicht die Kopplung von mehreren Räumen, Raumabschnitten und Rauchabschnitten

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Zonenmodelle

geeignet für:

• einfache quaderförmige Geometrie

• stabile Schichtung

(Rauchabschnitt < ca. 3.000 m²

und Höhe < ca. 25 m)

• einfache Strömungsverhältnisse

• Geringer Einfluss von Zulufteffekten

Vor- und Nachteile

• einfache Handhabung, kurze Rechenzeit

• keine Betrachtung lokaler Effekte möglich

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CFD-Modelle• Computational Fluid Dynamics

• Räumliche Diskretisierung des Brandraumes, Einteilung des

Raumes in Zellen (finite Volumen)

(Zellenanzahl 100.000 bis einige Millionen)

• Numerische Lösung der Erhaltungsgleichungen in jeder Zelle

für:

heißer Gasstrom

kühler Gasstrom

Brandquelle

Zelle

Zelle

mt

e e p ˆ J Qt

p ˆ gt

Masse

Energie

Impuls

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Im Verlauf von Bränden treten vor allem turbulente Strömungen auf

Modellierung der Turbulenz erforderlich

Turbulente Strömung

• dreidimensional, instationär, unregelmäßig

• Wirbel

• Umwandlung von Energie in Wärme

durch viskose Reibung

Erhaltungsgleichungen gelten für laminare und turbulente Strömung

Die Auflösung, d. h. die Darstellung der Wirbel in der Simulation wird durch

die gewählte Zellgröße begrenzt.

Je feiner desto genauer, aber signifikant höherer Rechenzeitbedarf

CFD-Modelle

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CFD-Modelle

Vor allem geeignet für

- komplexe Geometrien

- sowohl Vollbrand als auch

lokale Brände und Effekte

- komplexe Strömungsrand-

bedingungen

Vor- und Nachteile

- Betrachtung lokaler und globaler Effekte möglich

- schwierigere Handhabung (Modellierung), lange Rechenzeiten bei

erhöhter Genauigkeit

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Zusammenfassung Eignung der Verfahren

• Plumemodelle können gut für Überschlagsberechnungen in großen und

hohen Gebäuden eingesetzt werden (z. B. Industriehallen)

• Realbrandkurven und Zonenmodelle bieten gute Lösungen für sehr einfache

Geometrien

• CFD ist praktisch für alle Fälle geeignet, aber ständig wachsende

Anforderungen

- sehr komplexe und große Gebäude

- Immer feinere Diskretisierung

- Immer komplexere Fragestellungen (Entrauchung, Wind, Sommerfall)

CFD ist der Stand der Technik

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Geometriemodellierung von CFD-Modellen

• Die Geometrie des Gebäudes muss in der Zellauflösung diskretisiert werden,

üblich sind derzeit 0,25 m

• Schwierig sind daher Schrägen, Bögen, …

• Durchschnittliche Gebäude können bereits 4,000,000 Zellen benötigen

• Verwendung von Präprozessoren mit erweiterten Möglichkeiten

- CAD-Import

- Einfache geometrische Manipulationen

(kopieren, bewegen, drehen, spiegeln, …)

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Parallelisierung

• Pro Prozessor (4 GB Speicher, 3 Ghz) können lediglich ca. 2,000,000 Zellen

in vertretbarer Zeit gelöst werden

Parallelisierung erforderlich

• Computersysteme mit großer Anzahl von Prozessoren und großer

Hauptspeichermenge

• Cluster bei hhpberlin: 72 Prozessoren, über 250 GB Hauptspeicher

• Benutzt über Batch-Queing Systems (Microsoft HPC)

• hhpberlin investiert in die Weiterentwicklung des Fire Dynamics Simulator

zur Verbesserung der Qualität der Parallelisierung

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Beispiel: Versammlungsstätte

• Gebäude mit komplexer Geometrie

- u. a. Ränge in zwei Richtungen geneigt, komplexe Zuluftführung

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Beispiel: Flugzeughangar

• Gebäude mit großen Abmessungen (120 m x 80 m x 30 m)

• komplexes Dachtragwerk

• ca. 24.000.000 Rechenzellen, mehrere Wochen Rechenzeit (16 CPUs)

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Auswertung der Schutzzielkriterien

• Graphisch anhand von Animationen, Konturplots, Zeitverlaufskurven

Simulation der Rauchausbreitung

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Momentane Anwendungsgrenzen

• Komplexe Strömungen, z. B. Wind auf die Fassade

(Rechenzeit, bemessungsrelevanter Fall)

• Realistischere Modellierung von Bränden über Pyrolysemodelle

• Geometrische Besonderheiten wie Durchströmung von Spalten, Membranen

u.Ä.

• Berücksichtigung anlagentechnischer Brandschutz-

maßnahmen und haustechnischer Anlagen, z. B.

- Komplexe Lüftungs- und Entrauchungsanlagen

(z. B. Drallentrauchung, Entrauchung über Wirbel

- Sprinkleranlagen, Hochdruckwassernebel

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Inhalt• Einführung

• Beschreibung der Brandeinwirkung

• Simulation der Rauchausbreitung im Gebäude

• Simulation der Brandwirkungen in Bauteilen

• Simulation des Personenverhaltens

• Ausführungsbeispiele

• Zusammenfassung und Fazit

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Brandschutztechnische Bemessung

• Zukünftig wird der Eurocode (DIN EN 1991-1-2) für die Bemessung von Bauteilen auch

Naturbrände zulassen

- dann Anwendbarkeit der brandschutztechnischen Bemessung von Bauteilen gesetzlich geregelt

- derzeit: nur mit Zustimmung der Bauaufsichtsbehörde

• Aber: Viele europäische Länder haben aufgrund von Mängeln im Sicherheits-konzept nach

DIN EN 1991-1-2 Anhang E die Einführung abgelehnt

- Entwicklung eines neuen Sicherheitskonzepts am iBMB der TU Braunschweig

- Berücksichtigung anlagentechnischer Maßnahmen möglich

- Implementierung des Sicherheitskonzeptes in NA Anhang BB

wird von hhpberlin bereits jetzt für Nachweise angewendet

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Nachweiskonzept der Eurocodes (EC-x-1-2)

Nachweisverfahren in 3 Stufen:

•Stufe 1: Tabellarische Daten - Einzelbauteile

- Mindestabmessungen usw. analog DIN 4102 Teil 4 präskriptiv

• Stufe 2: Vereinfachte Rechenverfahren Einzelbauteile- ingenieurmäßige Nachweise für die Praxis

•Stufe 3: Allgemeine Rechenverfahren - Teiltragwerke, Gesamttragwerk

- „exakte“ rechnerische Brandsimulation für beliebige Temperaturbeanspruchung

Ingenieur-methoden(Simulation)

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Thermische Analyse• Ermittlung des Wärmestroms auf die Bauteile infolge der

Temperaturbeanspruchung (Feldmodelle)• Berechnung der Temperaturverteilung im Querschnitt (FEM)

Mechanische Analyse (FEM)• Gleichgewichtszustand im Querschnitt• thermische Dehnung• Eigenspannungen• Gleichgewichtszustand für das Tragsystem• Zwangspannungen• geometrische Imperfektionen (Theorie II. Ordnung)

T1T2

T3

Stufe 3 – Allgemeines Rechenverfahren

Eurocodes

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thermisch mechanisch

Temperaturabhängige Materialeigenschaften Beton

Eurocodes

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'''

p x y z

T T T Tc ( ) ( ) ( ) q

t x x y y z zWärmeleitung

Thermische Analyse

Eurocodes

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-0.004 0 0.004 0.008Dehnung [-]

Temperatur

0 200 400 600Temperatur [°C]

th

th

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 0.004 0.008 0.012 0.016 0.02Dehnung [-]

be

z. S

pa

nn

un

g s(T

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k

20°C400°C

600°C

800°C

Mechanische Analyse

Eurocodes

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Mechanische Analyse

Eurocodes

3030

3030

30

0‘

15‘

30‘

45‘

60‘

3030

3030

303030

30303030

30303030

0‘

15‘

30‘

45‘

60‘

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Inhalt• Einführung

• Beschreibung der Brandeinwirkung

• Simulation der Temperatur und der Rauchausbreitung im Gebäude

• Simulation der Brandwirkungen in Bauteilen

• Simulation des Personenverhaltens

• Ausführungsbeispiele

• Zusammenfassung und Fazit

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Anwendungsgebiete Entfluchtungsberechnung

• Bahnhöfe, Arenen, Flughäfen etc. (große Personenzahlen)

• Verkaufsstätten

• Krankenhäuser

• Umnutzung, Bestand und sonstige Gebäude mit Abweichungen von

baurechtlichen Vorgaben

z. B. wenn 0,6 m Ausgangsbreite je 100 Personen nicht erfüllt

Nachweis in Verbindung mit Entrauchungssimulation (Rettungswege über

potentiell verrauchte Bereiche, z. B. Atrien)

• (Großveranstaltungen)

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Ziele von Entfluchtungsberechnungen

• Optimierung des Gebäudedesigns

- Erkennen und Vermeiden kritischer Situationen, z. B. von Staus und Engstellen

- Optimierung der Flächenausnutzung, d. h. Rettungsweganzahl,

-breite und Mietfläche, z. B. in Verkaufsstätten oft eine

Einsparung von bis zu 30 % Rettungswegbreite

möglich

• Aussagen über Räumzeiten

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„Vereinfachte“ Verfahren„Vereinfachte“ Verfahren „Exakte“ Verfahren„Exakte“ Verfahren

Handformeln, z.B. nach SPFE Handbook, vfdB Leitfaden

Handformeln, z.B. nach SPFE Handbook, vfdB Leitfaden

Individualmodelle hier BUILDING EXODUS, fds+evac

Individualmodelle hier BUILDING EXODUS, fds+evac

AufwandAufwandgeringgering hochhoch

•Zeit für das Durchströmen der Ausgänge

•Zeit für das Zurücklegen des Weges

•Zeit für das Durchströmen der Ausgänge

•Zeit für das Zurücklegen des Weges

Methoden

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Individualmodelle

Grundannahme:

• Individuelle Bewegung von Einzelpersonen

• Personendichte ist keine Eingangsgröße, sondern Teil der Berechnung

• persönliche Parameter und Entscheidungen können berücksichtigt werden

Modelltypen:

• räumlich diskret

• Kontinuierlich

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Vorgehensweise

• Festlegung ausreichend konservativer Szenarien

- Personenbelegung

- Personenverteilung

- Wahl des Fluchtweges

- ggf. Ausfall von Fluchtwegen

• Festlegung ausreichend

konservativer Berechnungsparameter

- Gehgeschwindigkeiten

- ggf. zusätzliche Sicherheitszuschläge

- Pre-movement time + Reaktionszeit

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Vorgehensweise

• Festlegung ausreichend konservativer Szenarien

- Personenbelegung

- Personenverteilung

- Wahl des Fluchtweges

- ggf. Ausfall von Fluchtwegen

• Festlegung ausreichend konservativer

Berechnungsparameter

- Gehgeschwindigkeiten

- ggf. zusätzliche Sicherheitszuschläge

- Pre-movement time + Reaktionszeit

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Vorgehensweise

• Festlegung ausreichend konservativer Szenarien

- Personenbelegung

- Personenverteilung

- Wahl des Fluchtweges

- ggf. Ausfall von Fluchtwegen

• Festlegung ausreichend konservativer

Berechnungsparameter

- Gehgeschwindigkeiten

- ggf. zusätzliche Sicherheitszuschläge

- Pre-movement time + Reaktionszeit

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Anwendungsgrundsätze

• Festlegung ausreichend konservativer

Szenarien

- Personenbelegung

- Personenverteilung

- Wahl des Fluchtweges

- ggf. Ausfall von Fluchtwegen

• ausreichend konservative Berechnungsparameter

- Gehgeschwindigkeiten

- ggf. zusätzliche Sicherheitszuschläge

- Pre-movement time + Reaktionszeit

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• Die für die Evakuierung erforderliche Zeit + Zuschlag muss kleiner sein als

die verfügbare Zeit, z. B.

Zeitdauer einer raucharmen Schicht

Feuerwiderstandsdauer der Bauteile

• Die Evakuierungszeit setzt sich zusammen aus:

Zeitdauer bis zur Detektion des Brandes tDetektion

Alarmierungszeit tAlarm

Reaktionszeit der Personen tReaktion

Laufzeit tFlucht

tRäumung + X tverfügbar

tRäumung = tDetektion + tAlarm + tReaktion + tFlucht tRäumung = tDetektion + tAlarm + tReaktion + tFlucht

Nachweise mit Entfluchtungsberechnungen

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Zusammenfassung und Fazit

• Leistungsorientierte Brandschutzbemessung zurzeit noch Ausnahmefall

• Eurocodes ermöglichen leistungsorientierte Brandschutzbemessung mit

Naturbrandverfahren

• Oft schwierig maßgeblichen Temperaturzeitverlauf zu bestimmen

• Objektspezifisches Brandschutzkonzept erforderlich

• Heißbemessungen werden immer häufiger verlangt

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• Festlegung des maßgeblichen Brandszenarios bzw. Bemessungsbrandes (Naturbrandverfahren)

• Simulation von Brandeinwirkung (Naturbrand)• Brandschutzbemessung durch Vereinf. bzw.

allgem. Berechnungsverfahren der Eurocodes

Zusammenfassung und Fazit

Zeit [min]

Tem

pera

tur

[°C

] ..

T= (T1-T0)/taּ 1²t ²+ T0

für t1 > =t

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

für t1 < t <= t2

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

für t > t2

Bereich 1 Bereich 2 Bereich 3

(t1;T1)(t3;T3)

(t2;T2)

(t0;T0)

Vorgehensweise bei Naturbrandverfahren

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• Erwärmungsberechnung: - Vereinfachtes Berechnungsverfahren- Allgemeines Berechnungsverfahren

• Heißbemessung: - Vereinfachtes Berechnungsverfahren (Temperaturebene, Tragfähigkeitsebene)- Allgemeines Berechnungsverfahren

• VereinfachtesBerechnungsverfahren: - Einzelbauteile

- Ungezwängte Bauteile

• Allgemeines Berechnungsverfahren: - Gezwängte Bauteile

- Gesamttragsysteme

Brandschutzbemessung

Zusammenfassung und Fazit

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Zusammenfassung und Fazit

• Leistungsorient. Bemessung ist aufwändige Vorgehensweise

- Berechnung Erwärmung- Simulation Tragverhalten- Abstimmung mit Genehmigungsbehörden=> Anwendung zurzeit nur in Einzelfällen

• Wann rentiert sich leistungsorientierte Bemessung (Heißbemessung)?

- Stahlkonstruktionen- Bestehende Stahlbetonkonstruktionen- Bemessung nach DIN 4102 nicht möglich oder Feuerwiderstandsdauer zu gering

• Optimierte Tragkonstruktion

- Geringe Dimensionierung der Querschnitte- Verringerung von Bekleidungsmaßnahmen- Wirtschaftliche Konstruktion

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Team Ingenieurmethoden bei hhpberlin

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Kontaktinformationenhhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH

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Fraunhoferstraße 680469 München

Kurze Mühren 2020095 Hamburg

Wilhelm-Leuschner-Straße 4160329 Frankfurt am Main

Phone: +49 (30) 89 59 55-0 [email protected]: +49 (30) 89 59 55-100 www.hhpberlin.de

Geschäftsführer:Dipl.-Ing. Margot EhrlicherDipl.-Inf. BW (VWA) Stefan TruthänDipl.-Ing. Karsten Foth

Prokurist:Dipl.-Ing. Harald Niemöller

Beirat:Prof. Dr.-Ing. Dietmar HosserDr.-Ing. Karl-Heinz Schubert

AmtsgerichtBerlin CharlottenburgHRB 78 927

Deutsche Bank P+G AGBLZ 100 700 24Konto-Nr. 1419100IBAN-Nr. DE52100700240141910000Swift-Code: DEUTDEDBBERUst-IdNr. DE217656065