Brandtemperaturnachweis einer Steife
Einführung
Die Brandanalyse ist keine Routineaufgabe für einen Tragwerksplaner. Dieser Artikel stellt die Lösung hinter IDEA StatiCa vor, die automatisch die Temperatur für Platten im Verbindungsmodell unter Brandeinwirkung berechnet.
Die Schweiß- und Schraubenkomponenten übernehmen die Temperatur der angeschlossenen Platte mit der höchsten Temperatur. Weitere Informationen zu den Annahmen: https://www.ideastatica.com/support-center/general-theoretical-background#Fire-design
Modell & Annahmen
Die Temperatur der Steife an diesem Verbindungspunkt wird überprüft. Die Verbindung wird einem Brand ausgesetzt und muss mindestens 15 Minuten R15 standhalten. Die für die Simulation verwendete Brandkurve ist die „Außenbrandkurve (EN 1993-1-2)." Es ist zu beachten, dass kein Brandschutz aufgebracht wurde.
Normformeln
Die Annahmen basieren auf EN 1993-1-2 für ungeschützte Stahlbauteile. Da keine Schutzisolierung vorhanden ist, ist das Material direkt der Wärme durch Konvektion und Strahlung der Flammen ausgesetzt, wodurch es sich wesentlich schneller erwärmt.
Der Eurocode definiert mehrere nominelle Temperatur-Zeit-Brandkurven, die im baulichen Brandschutz verwendet werden:
- Einheits-Temperaturzeitkurve (ISO 834 / EN 1991-1-2, Gl. 3.1)
- Stellt einen konventionellen, schweren Raumbrand dar.
- Anwendung: Für die standardmäßige Feuerwiderstandsklassifizierung (R30, R60, R90, …). Typischerweise angewendet bei der normativen Bemessung und bei Laborprüfungen.
- Kohlenwasserstoff-Brandkurve
- Schneller Temperaturanstieg, der innerhalb von 5 Minuten ~1100 °C erreicht.
- Anwendung: Für Brände mit Kohlenwasserstoffen (Öl, Gas, Kraftstofflagerung, petrochemische Industrie, Tunnel mit starkem Verkehr).
- Außenbrandkurve
- Geringerer Temperaturanstieg im Vergleich zur Einheitskurve, max. ~680 °C.
- Anwendung: Für die Brandeinwirkung auf Fassaden und Außenwände.
- Parametrische Brandkurven (nicht in IDEA StatiCa enthalten)
- Basieren auf Raumgröße, Belüftung und Brandlastdichte.
- Zeigen Aufheiz- und Abkühlphasen.
- Anwendung: Für die leistungsorientierte Bemessung realer Gebäudeabschnitte, bei denen Brandlast und Belüftung bekannt sind.
Wie Ingenieure die Brandkurve auswählen sollten
Normkonformität/erforderliche Feuerwiderstandsklasse: → Verwenden Sie die Einheits-Temperaturzeitkurve.
Petrochemie, Tunnel, Lagerung brennbarer Flüssigkeiten: → Verwenden Sie die Kohlenwasserstoff-Brandkurve.
Fassaden, außenliegende Bauteile mit Außenbrandeinwirkung: → Verwenden Sie die Außenbrandkurve.
Realistisches Brandszenario (leistungsorientierte Bemessung): → Verwenden Sie die Parametrische Brandkurve (sofern ausreichende Eingangsdaten vorhanden sind).
Profilfaktor Am/V
Allgemeine Sensitivität
Der Profilfaktor (Am/V) ist eine wesentliche Konstante für jede Platte. In der maßgebenden Gleichung erscheint er als Zähler, was darauf hinweist, dass eine Erhöhung des Temperaturinkrements die Temperatur am Ende der Simulation beeinflusst. Betrachten wir die Sensitivität des Faktors im Bereich [50, 300] bei einer Schrittweite von 25.
Berechnung des Wertes für die Steife
Die Profilfaktorberechnung für betrachtete Steifen soll die Methodik zur Berechnung der Steifen verdeutlichen. Wenn eine Fläche, die nicht mit der Plattenkante bündig ist, von einer anderen Platte abgedeckt wird, muss die abgedeckte Fläche von der Profilfaktorberechnung ausgeschlossen werden. Die Nichtbeachtung dieses Aspekts kann zu irreführenden Ergebnissen im Vergleich zur manuellen Nachrechnung führen.
Schrittweise Berechnung
Das beschriebene Verfahren erläutert den Ablauf des Temperaturanstiegs über die Zeit für die Außenbrandkurve.
Vergleich IDEA StatiCa vs. Handrechnung
Die von IDEA StatiCa berechnete Temperatur betrug 608 Grad Celsius.
Mit dem manuellen schrittweisen Verfahren wurde eine Temperatur von 609 Grad Celsius erreicht.
Fazit
Das Ziel war es, mehr Transparenz in den Brandschutzbemessungsablauf einzubringen und Tragwerksplaner zu ermutigen, IDEA StatiCa für die Brandschutzbemessung und den Normnachweis von Stahlanschlüssen und Bauteilen im Vergleich zu Handrechnungen sicher einzusetzen.
Bei der Brandschutzbemessung wird die Temperatur zur entscheidenden Zustandsvariablen. Sie beeinflusst direkt die Steifigkeit und Festigkeit der Werkstoffe durch temperaturabhängige Eigenschaften, die in EN 1993-1-2 definiert sind.