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Rauchgassimulation, Evakuierungsanalyse und Bauteilbemessung für ein großes Shopping Center
Dr. Jochen ZehfußNiederlassungsleiter Hamburghhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH
Centrum Galerie Dresden
vfdb-Jahresfachtagung, Berlin, 31.05.2011
www.centrumgalerie.de
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Inhaltsübersicht
• Einführung
• Leistungsbasierte Brandschutznachweise
• Anwendung des vfdb-Leitfadens
• Beispiele
• Zusammenfassung und Ausblick
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Brandschutz-NachweisBauaufsichtliche
Schutzziele
Präskriptives VorgehenLeistungsbasierter Nachweis
(schutzzielorientiert)
Vorgeschriebene Anforderungen (LBO,
SonderbauVO)
Abweichung
Kompensation
Erfüllung der bauaufsichtlichen Schutzziele
Nachweismit Ingenieurmethoden
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• Rettungswege
• Rauchableitung
• Brandausbreitung
• Bauteile und Tragwerk
Leistungsbasierter Nachweis mit vfdb-Leitfaden
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• 120 Geschäfte, Gastronomie, Kita, Garage
• 52.000 m² Verkaufsfläche (40.000 m² Bauteil 1)
• 290 Mio € Invest, Betreiber Multi Development
Lageplan einfügen
Beispiel Centrum Galerie Dresden
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• Max. Ausdehnung 180 m x 125 m
• UG – 4. OG => GK 5, kein Hochhaus
• Nutzung Verkauf, Garage, Büro => Sonderbau
• Brandschutzkonzept von hhpberlin
Beispiel Centrum Galerie Dresden
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GrundrisseEG 1. OG
2. OG UG
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• Shops > 100 m² benötigen nach /SächsVerkBauR/ einen Rettungsweg unabhängig von Ladenstraße
• Aus „kartoffelartige eingestellte Läden“ im 1. OG mit Verkaufsfläche bis zu 140 m² führen beide Rettungswege über Ladenstraße
• Flurbreiten 1,80 m
anstatt 2,0 m
Beispiel Nachweise Rettungswege
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• /SächsVerkBauR/ Ausgänge ins Freie oder in notw. TR (für Vk-Räume > 500 m²): 0,3 m / 100 m² Vk-Fl.
Beispiel Nachweise Rettungswege
BA3 5a 2.0 3500 5b 2.0 6a 2.4 6b 2.4 7a 2.4 11.2 10.50 6.60
BA2 4a 2.4 5000 4b 2.4 3a 2.4 3b 2.4 2a 2.4 12.0 15.00 9.00
BA1 2b 2.4 4000 7b 2.4 8 1.8 1 2.4 9.0 12.00 7.20
Bereich TreppeBreite
vorhanden
erf. /SächsVerkBauR/ (0,30 m/100 m²)
erf. vfdb (VStättV:
1,20/200 P)Fläche Verkauf
[m²]
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• Leistungsbas. Nachweis, dass Rettungswegbreite und Anz. Ausgänge ausreichend sind (1. UG, 1. und 2. OG verringerte Ausgangsbreiten gegenüber /SächsVerkBauR/)
• Personenstromanalyse Verwendung von Building Exodus (Individualmodell)
• Rauchgassimulation FDS
Leistungsbasierte Nachweise Rettungswege
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• Festlegung gemäß vfdb-Leitfaden Ziffer 9• Personendichte
• Erdgeschoss 0,5 P/m²
• Sonstige Geschosse 0,3 P/m²
• Bürobereiche 0,2 P/m²
• Gesamtpersonenanzahl (ohne Garage) 14.510 Personen
Randbedingungen f. Personenstromanalyse
• Ganzheitliche Betrachtung (Staubildungen, Leerungszeiten)
• Vereinbartes Schutzziel: Anstehzeiten innerhalb der Ladeneinheiten max. 3 Minuten
• Für Dauer Gesamtevakuierung muss raucharme Schicht gewährleistet werden
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• Gemäß Tabelle 9.3 des /vfdb Leitfadens/ ergibt sich eine Reaktionszeit von 2 min bis 5 min
• Gehgeschwindigkeiten nach vfdb-Leitfaden Ziffer 9• Es wurden 10 Simulationen durchgeführt
Ermittlung der Evakuierungszeit
Zeitraum vor Beginn der Evakuierung (Pre Movement Time)
Evakuierungszeit
tDetektion+tAlarm tReaktion + tFlucht
R ä u m z e i t tRäumung =
+
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Evakuierungszeiten Beispiel 1. OG3,5 min 5 min
8 min11 min
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Evakuierungszeiten in Ebenen Evakuierungszeit aus den Ebenen
Geschoss
Minimum [s]
Maximum[s]
Mittelwert[s]
UG 701856
801
EG 480550
504
1. OG 750925
831
2. OG 405709
598
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 300 600 900 1200
Zeit [s]
An
zah
l d
er e
vaku
iert
en P
erso
nen
UG
EG
1. OG
2. OG
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• Evakuierungszeit Gesamtgebäude: 17,3 min• Raucharme Schicht von mind. 20 Minuten erforderlich
Evakuierungszeit Gebäude
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0 300 600 900 1200
Zeit [s]
An
zah
l d
er e
vaku
iert
en P
reso
nen
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• Leistungsbasierter Nachweis der Funktion der Rettungswege
• Nachweis Erfüllung Schutzziel „Verhinderung Rauchausbreitung“ und „Ermöglichung Menschenrettung“
• CFD-Simulation mit Fire Dynamic Simulator (FDS)• Im Malldach (4. OG) 12 Abluftventilatoren mit 350.000 m³/h
Rauchgassimulation
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Mall 1. OG „Kartoffeln“
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Nachströmung• Seitenarm im UG mit
RSV abgetrennt• UG freie Nachströmfläche
von 5 m² oberhalb der Flurtüren, automatisch über die BMA angesteuert
• EG 40 m² Nachströmung im Zugangsbereich
• Seitenarme nicht durch RSV abgetrennt
• 1. OG maschinelle Nach-strömung 15 m³/(h * m²) aus den Shops
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• Hochenergetischer Brände im UG unter Decke, Seitenarm UG und EG
• Gesprinklerter Brand, Auslösezeit mit Ceiling Jet Modell ermittelt
• Mischbrandlast von je 1/3 Holz, PU, PS; soot yield 0,09 g/g
• ta = 300 s
Brandszenario / Wärmefreisetzungsrate
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• Nach 1800 s stationärer Zustand• Erkennungsweiten bei H = 2,50 m zw. 10 m und 15 m, sehr
begrenzt lokal geringfügig unterhalb von 10 m • Schutzziel Nachweis stationärer raucharmer Schicht erfüllt
Erkennungsweite 1. OG nach 1800 s
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• Überdachung Trompetergasse zwischen Bauteil 1 und 2• Rettungswege u. Fenster von TR zur Trompetergasse• Feuerwehrzufahrt• Nachweis Trompetergasse ist „wie das Freie“
Beispiel Tragkonstruktion Überdachung
H = 18,60 m
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• Befahrung mit Fahrzeugen nicht auszuschließen• Temporäre Nutzung möglich• Festlegung maßgebliches Brandszenario: 15 MW-Brand
(Klein-LKW)
Bemessung Tragwerk Überdachung
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• Im Anschluss des Daches an das Bauteil 2 wurde ein 20 cm breiter, unverschlossener Spalt berücksichtigt,
• Stirnflächen des überdachten Bereichs
Ventilationsöffnungen
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• Lokaler Brand Heskestad-Del.-Plume nach EC 1-1-2 und Anhang Kap. 5 des vfdb-Leitfadens
• Höhe des Brandherdes über dem Boden: 2,50 m,• Mind. Höhe des Dachtragwerks über dem Boden: 17,40 m,• angesetzte Brandleistung: 15 MW.
Bemessung Tragwerk Trompetergasse
3/5
3/2*1
5,25z
QTT r
P
mit: T∞ : Umgebungstemperatur [K] c r : radiativer Anteil Wärmefreisetzungsrate [-] : Brandleistung [kW] z: Höhe [m]
=> Tp = 155°C
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Bemessung Tragwerk Trompetergasse
• Plumemassenstrom bildet sich nicht ungehindert aus• Einmischung auch von Heißgasen in den Plume• vfdb-Leitfaden enthält Verfahren mit Plume-
Centerlinetemperatur• Temperaturerhöhung wird auf die Heißgastemperatur
addiert
• Tplume,korr = 140 + 50,3 = 190,3 °C.
• Tp = 155°C < Tplume,korr = 190,3 °C < 500°C (krit. Stahltemperatur) bei voller Lastausnutzung
• Dachtragwerk kann ungeschützt ausgeführt werden
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Zusammenfassung und Ausblick• Centrum Galerie Dresden
• Anwendung vfdb-Leitfaden
• Leistungsbasierte Brandschutzbemessung- Rettungswege
- Rauchableitung- Bauteile
• Danksagung an
Multi Development
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Kontaktinformationenhhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH
Rotherstraße 1910245 Berlin
Rosental 580331 München
Kurze Mühren 2020095 Hamburg
Wilhelm-Leuschner-Straße 4160329 Frankfurt am Main
Frankfurter Straße 238122 Braunschweig
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
Phone: +49 (30) 89 59 55 0Fax: +49 (30) 89 59 55 9 101
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Brandschutztechn. Auslegung in der Praxis
Regelungen im Baurecht (LBauO, SonderbauVO,…)
Schutzziele des Brandschutzes
Übliche Vorgehensweise: Erfüllung Schutzziele präskriptiv
Traditionelle (präskriptive) Brandschutztechn. Auslegung
Konkrete materielle Anforderungen in den BauO bzw. SonderbauVO
Bemessung der Bauteile für ETK nach DIN 4102-4/DIN 4102-22
VORTEIL: Einfache Bemessung (Bemessungstabellen)
NACHTEIL: Häufig konservativer Nachweis
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Leistungsorientierte Brandschutzbemessung
Nach MIndBauRL Ziffer 4.3 ist Nachweis mit Ingenieurmethoden zulässig (leistungsorientierte Brandschutzbemessung)
MBO § 3 lässt alternative Nachweise zu:
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Alternative Bemessungsverfahren
Nominelle TemperaturzeitkurvenVollbrand – Einheitstemperaturzeitkurve (ETK)
Präskriptive BemessungVorgeschriebene Anforderungen
(Bauordnung, Sonderbauvorschrift)
Mechanische Einwirkungen realistische Randbedingungen, reale Belastung
Bauteil
Stufe 1 Stufe 2
Teiltragwerk Gesamttragwerk
Stufe 3 Stufe 3Stufe 2 Stufe 3
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Alternative BemessungsverfahrenLeistungsorientierte Bemessung
(Brandschutzkonzept/Brandschutznachweis)
Natürliche BrandszenarienBrandeinwirkung auf physikalischer Grundlage
Branddauer t [min]
Tem
pera
tur Q
[°C
]
0 15 30 45 60 75 900
200
400
600
800
1000
1200
Einheitstemperaturzeitkurve
ETK
natürliche Brände
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Alternative Bemessungsverfahren
Leistungsorientierte Anforderungen(Brandschutzkonzept/Brandschutznachweis)
Natürliche BrandszenarienBrandeinwirkung auf physikalischer Grundlage
Mechanische Einwirkungen realistische Randbedingungen, reale Belastung
Bauteil
Stufe 1 Stufe 2
Teiltragwerk Gesamttragwerk
Stufe 3 Stufe 3Stufe 2 Stufe 3
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Ebene 0 (EG)
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Ebene 1
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Ebene 2
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Ebene 3
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Ebene 4
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Ebene UG
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• Abmessungen• Öffnungs- und Schließzeiten• Durchflussrate [m³/s]• Attraktivität (Haupt- oder Nebenausgang)
Modellierung der Ausgänge
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Personenstromanalyse mit BuildingExodus
• Software zum von Personenströmen• Individualmodell: Individuelle Bewegung von Einzelpersonen werden berücksichtigt• Dichte ist keine Eingangsgröße,
sondern Teil der Berechnung• persönliche Parameter und Entscheidungen
können berücksichtigt werden• Räumlich diskreter Ansatz: Bewegungsflächen werden als diskrete Elemente dargestellt
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• Die Evakuierung der Ebenen verläuft über den gesamten Zeitraum flüssig ohne größere Rückstauungen
• Das vereinbarte Schutzziel, Anstehzeiten innerhalb der Ladeneinheiten von > 3 Minuten zu vermeiden, wird erreicht
• Die Verkaufsbereiche sind nach spätestens 13,9 Minuten evakuiert. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich alle Personen im Treppenraum. Das Gesamtgebäude ist nach 17,3 Minuten evakuiert
• Die Verringerung der Ausgangsbreiten gegenüber /SächsVerkbauR/ ist unkritisch, wenn raucharme Schicht nachgewiesen
Ergebnis Evakuierungsberechnung
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