{"id":3704,"date":"2018-08-06T11:00:39","date_gmt":"2018-08-06T09:00:39","guid":{"rendered":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/?p=3704"},"modified":"2019-08-13T13:09:13","modified_gmt":"2019-08-13T11:09:13","slug":"8-5-brandverhalten-ausgewaehlter-bauteile-tragsysteme","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/8-5-brandverhalten-ausgewaehlter-bauteile-tragsysteme\/","title":{"rendered":"8.5 Brandverhalten ausgew\u00e4hlter Bauteile\/Tragsysteme"},"content":{"rendered":"<h2>8.5.1 Stahlkonstruktionen<\/h2>\n<p>Eine Erw\u00e4rmung des Stahls bewirkt einerseits ein <i>Absinken der Fliessgrenze,<\/i> andererseits eine <i>Reduktion des Elastizit\u00e4tsmoduls.<\/i> Die damit verbundene Verminderung der Tragf\u00e4higkeit und die entstehenden Deformationen beeinflussen das Tragverhalten von Stahlkonstruktionen entscheidend. Da die W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit des Stahls, verglichen mit andern Baustoffen, sehr hoch ist, kann in erster N\u00e4herung angenommen werden, dass sich rasch eine gleichm\u00e4ssige Temperaturverteilung \u00fcber den ganzen Stahlquerschnitt einstellt.<\/p>\n<p>Die an der Bauteiloberfl\u00e4che in den Stahlbauteil pro m L\u00e4nge einfliessende W\u00e4rmemenge ergibt sich zu:<\/p>\n<div style=\"text-align: right; width: 444px;\">(8.7)<\/div>\n<p><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-content\/uploads\/sites\/5\/2018\/07\/eq_08_07.png\" \/><\/p>\n<p>und die vom Stahlbauteil pro m L\u00e4nge gespeicherte W\u00e4rmemenge berechnet sich nach:<\/p>\n<div style=\"text-align: right; width: 444px;\">(8.8)<\/div>\n<p><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-content\/uploads\/sites\/5\/2018\/07\/eq_08_08.png\" \/><\/p>\n<div><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-content\/uploads\/sites\/5\/2018\/07\/08_Chap_FrameStory35_anchored_autoexport.png\" \/><\/div>\n<p>F\u00fcr die Temperaturerh\u00f6hung \u0394<i>\u03b8<\/i><sub>St<\/sub> w\u00e4hrend des Zeitintervalls \u0394<i>t<\/i> bzw. f\u00fcr <img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-content\/uploads\/sites\/5\/2018\/07\/weq_08_2.png\" \/>erh\u00e4lt man in erster N\u00e4herung:<\/p>\n<div id=\"bild-hle-8-10\" class=\"img-hle\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-content\/uploads\/sites\/5\/2018\/07\/08-10.png\" alt=\"Zeitlicher Temperaturverlauf\" \/><\/div>\n<div class=\"bildlegende-hle\">Abbildung\u202f8.10:\u2002Zeitlicher Temperaturverlauf<\/div>\n<h3><\/h3>\n<div style=\"text-align: right; width: 444px;\">(8.9)<\/div>\n<p><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-content\/uploads\/sites\/5\/2018\/07\/eq_08_09.png\" \/><\/p>\n<p>Der <i>Feuerwiderstand<\/i> von Stahlkonstruktionen l\u00e4sst sich verbessern durch Wahl eines gr\u00f6sseren Querschnittes, der auch bei reduzierter Festigkeit die vorhandene Last noch aufnehmen kann (\u2192\u00a0\u00dcberdimensionierung!). Schutz vor rascher Erw\u00e4rmung und somit eine Erh\u00f6hung der Feuerwiderstandsdauer wird weiter erreicht durch:<\/p>\n<ul>\n<li><i>Querschnittsform mit wenig Oberfl\u00e4che<\/i> pro Laufmetergewicht (feingliedrige, aufgel\u00f6ste Konstruktionsteile erw\u00e4rmen sich schneller als kompakte, gedrungene Elemente)<\/li>\n<li><i>W\u00e4rmeisolation<\/i> der Bauteile (z.\u2009B. Verkleidung mit Faserzement- bzw. Gipsplatten, Anbringen von Isolationsschichten, Eingiessen in Beton)<\/li>\n<li><i>Aufsch\u00e4umende Brandschutzanstriche<\/i> (Materialien, die unter Hitzeeinfluss zu einer w\u00e4rmeisolierenden Schicht aufsch\u00e4umen)<\/li>\n<li><i>K\u00fchlung<\/i> der Bauteile mit Wasser (die Verdampfungsw\u00e4rme von Wasser an der Stahloberfl\u00e4che, z.\u2009B. aus Sprinkleranlagen, entzieht dem Stahl W\u00e4rme).<\/li>\n<\/ul>\n<div><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-content\/uploads\/sites\/5\/2018\/07\/08_Chap_FrameStory25_autoexport.png\" \/><\/div>\n<div id=\"bild-hle-8-11\" class=\"img-hle\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-content\/uploads\/sites\/5\/2018\/07\/08-11.png\" alt=\"Durchschnittliche Stahltemperaturen von unverkleideten bzw. verkleideten Stahlelementen bei Brandbelastung gem\u00e4ss ISO-Normbrandkurve\" \/><\/div>\n<div class=\"bildlegende-hle\">Abbildung\u202f8.11:\u2002Durchschnittliche Stahltemperaturen von unverkleideten bzw. verkleideten Stahlelementen bei Brandbelastung gem\u00e4ss ISO-Normbrandkurve (ISO 834) in Abh\u00e4ngigkeit vom Profilfaktor <i>U\/G<\/i> =\u202f1\/<i>\u03c1<\/i>\u2009\u00b7\u2009<i>U\/A in<\/i> m<sup>2<\/sup>\u2009\u00b7\u2009kg, <i>d\/\u03bb<\/i> (Verkleidung) 0,1\u202fm<sup>2<\/sup>\u2009\u00b7\u2009K\/W, (<i>h<\/i><sub>c<\/sub> ~ 2,5\u202fW\/m<sup>2<\/sup>\u202fK); <i>F<\/i><sub>12<\/sub> (Stahl-Umgebung) ~ 0.5)<\/div>\n<h3><\/h3>\n<div><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-content\/uploads\/sites\/5\/2018\/07\/08_Chap_FrameStory26_autoexport.png\" \/><\/div>\n<h2>8.5.2 Betonkonstruktionen<\/h2>\n<p>Zementm\u00f6rtel und die meisten Zuschlagstoffe weisen an und f\u00fcr sich eine gute W\u00e4rmebest\u00e4ndigkeit auf. Die Armierungseisen sind bei gen\u00fcgender Beton\u00fcberdeckung vor rascher Erw\u00e4rmung gesch\u00fctzt. Trotzdem erleidet Beton bei <i>starker<\/i> und <i>vor allem<\/i> bei <i>rascher Erw\u00e4rmung<\/i> Sch\u00e4den. Die Ursachen sind:<\/p>\n<ul>\n<li>Lockerung des Gef\u00fcges durch unterschiedliche <i>W\u00e4rmedehnungen<\/i> (die unterschiedlichen W\u00e4rmedehnungen von Zementm\u00f6rtel und Zuschlagstoffen einerseits sowie der einzelnen Zuschlagstoffe andererseits f\u00fchren zu inneren Spannungen, die das Gef\u00fcge lockern)<\/li>\n<li><i>Absprengen<\/i> und <i>Abplatzen<\/i> wegen grosser Temperaturunterschiede (die relativ schlechte Leitf\u00e4higkeit des Betons f\u00fchrt zu einem starken Temperaturgef\u00e4lle im Innern schnell erw\u00e4rmter Betonkonstruktionen. Die dadurch entstehenden Spannungen zwischen erw\u00e4rmten \u00e4usseren Schichten und k\u00fchlen inneren Schichten verursachen das Absprengen ganzer Schichten).<\/li>\n<\/ul>\n<div id=\"bild-hle-8-12\" class=\"img-hle\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-content\/uploads\/sites\/5\/2018\/07\/08-12.png\" alt=\"Temperaturverlauf in einer 20\u202fcm starken Betonwand unter Brandeinwirkung gem\u00e4ss Normbrandkurve ISO 834\" \/><\/div>\n<div class=\"bildlegende-hle\">Abbildung\u202f8.12:\u2002Temperaturverlauf in einer 20\u202fcm starken Betonwand unter Brandeinwirkung gem\u00e4ss Normbrandkurve ISO 834<\/div>\n<h3><\/h3>\n<ul>\n<li><i>Absprengen durch Dampfdruck<\/i> (das im Beton vorhandene Wasser verdampft bei entsprechender Temperatur, und der dadurch entstehende \u00dcberdruck im Innern des Bauteils kann ebenfalls zum Absprengen ganzer Schichten f\u00fchren).<\/li>\n<\/ul>\n<h3>Brandschutz zugbeanspruchter Stahlbetonteile<\/h3>\n<p>An Stellen, wo die Zugkraft der Stahleinlage f\u00fcr die Tragf\u00e4higkeit der Konstruktion massgebend ist, also speziell in Zugzonen von Biegetr\u00e4gern, ist das Versagen der Armierung f\u00fcr die Ersch\u00f6pfung der Tragf\u00e4higkeit massgebend. Solange der Beton intakt bleibt, verl\u00e4uft die Temperaturerh\u00f6hung in den Stahleinlagen verh\u00e4ltnism\u00e4ssig langsam. Im Augenblick, wo die \u00dcberdeckung wegen Abplatzung verloren geht, werden die freigelegten Armierungseisen sehr rasch erhitzt. F\u00fcr geringe Brandbelastungen gen\u00fcgt also eine normale Beton\u00fcberdeckung als Schutz. Bei h\u00f6heren Brandbelastungen kann der <i>Feuerwiderstand <\/i>durch <i>vergr\u00f6sserte \u00dcberdeckung<\/i> verbessert werden. Besondere Massnahmen sind aber notwendig, um das Losl\u00f6sen der \u00dcberdeckung zu verhindern (Einlegen von Netzarmierungen). Siehe auch Abb. 8.13.<\/p>\n<h3>Brandschutz druckbeanspruchter Stahlbetonteile<\/h3>\n<p>Wird die Druckzone eines Biegetr\u00e4gers einer Brandeinwirkung ausgesetzt, so wird der Querschnitt durch Abplatzungen verkleinert und der Beton durch Gef\u00fcgelockerung geschw\u00e4cht, d.\u2009h., ein Teil der Betondruckzone geht verloren. Dadurch werden der Hebelarm der inneren Kr\u00e4fte und das Bruchmoment verringert.<\/p>\n<p>F\u00fcr hohe Brandwiderst\u00e4nde hilft auch hier eine sichere Netzarmierung, die das Abbl\u00e4ttern verlangsamt (siehe auch Abb. 8.14).<\/p>\n<div id=\"bild-hle-8-13\" class=\"img-hle\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-content\/uploads\/sites\/5\/2018\/07\/08-13.png\" alt=\"Eisen\u00fcberdeckung in der Zugzone und Feuereinwirkung; Mindest\u00fcberdeckungsst\u00e4rken u von statisch bestimmt gelagerten Balken in Abh\u00e4ngigkeit von der Balkenbreite b im Vergleich zu statisch bestimmt gelagerten Platten\" \/><\/div>\n<div class=\"bildlegende-hle\">Abbildung\u202f8.13:\u2002Eisen\u00fcberdeckung in der Zugzone und Feuereinwirkung; Mindest\u00fcberdeckungsst\u00e4rken <i>u<\/i> von statisch bestimmt gelagerten Balken in Abh\u00e4ngigkeit von der Balkenbreite <i>b<\/i> im Vergleich zu statisch bestimmt gelagerten Platten (<i>b<\/i> \u2192 \u221e) f\u00fcr Feuerwiderstandsklassen\u00a0F 30 bis\u00a0F 180 <span class=\"tooltips\" title=\"Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen, DIN 4102, Deutsches Institut f\u00fcr Normung e.\u2009V., Beuth, Berlin (1977\/81)\"><span class=\"tooltip-custom-hle\">[8.6]<\/span><\/span><\/div>\n<h3><\/h3>\n<div id=\"bild-hle-8-14\" class=\"img-hle\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-content\/uploads\/sites\/5\/2018\/07\/08-14.png\" alt=\"Schw\u00e4chung der Druckzone eines Biegetr\u00e4gers durch Betonabplatzung\" \/><\/div>\n<div class=\"bildlegende-hle\">Abbildung\u202f8.14:\u2002Schw\u00e4chung der Druckzone eines Biegetr\u00e4gers durch Betonabplatzung<\/div>\n<h2>8.5.3 Holzkonstruktionen<\/h2>\n<p>Obwohl Holz brennbar ist, kann es unter Umst\u00e4nden einen gewissen Brandwiderstand aufweisen. Einerseits ist Holz ein <i>schlechter W\u00e4rmeleiter,<\/i> sodass sich die W\u00e4rme im Bauteil nur langsam ausbreiten kann. Andererseits verlangsamt die bei der Vergasung des Holzes entstehende <i>Holzkohleschicht <\/i>an der Oberfl\u00e4che das weitere Abbrennen.<\/p>\n<div id=\"bild-hle-8-15\" class=\"img-hle\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-content\/uploads\/sites\/5\/2018\/07\/08-15.png\" alt=\"Verminderung des f\u00fcr den Feuerwiderstand wirksamen Querschnittes durch Abbrand am Beispiel eines massiven Holzbalkens. Bei Biegetr\u00e4gern wird u.\u2009U. auf der Zugseite die Schutzschicht abgesprengt, was zu Abbrandgeschwindigkeiten von bis zu 1,1\u202fmm\/min f\u00fchrt.\" \/><\/div>\n<div class=\"bildlegende-hle\">Abbildung\u202f8.15:\u2002Verminderung des f\u00fcr den Feuerwiderstand wirksamen Querschnittes durch Abbrand am Beispiel eines massiven Holzbalkens. Bei Biegetr\u00e4gern wird u.\u2009U. auf der Zugseite die Schutzschicht abgesprengt, was zu Abbrandgeschwindigkeiten von bis zu 1,1\u202fmm\/min f\u00fchrt.<\/div>\n<h3><\/h3>\n<p>Die Annahme einer <i>konstanten Abbrandgeschwindigkeit<\/i> erlaubt eine einfache Absch\u00e4tzung des Feuerwiderstandes. Als Abbrandgeschwindigkeit kann angenommen werden: Nadelholz \u2248 0,6\u202fmm \u00b7 min<sup>\u20131<\/sup> bis 0,8\u202fmm \u00b7 min<sup>\u20131<\/sup>, Eiche \u2248 0,4\u202fmm \u00b7 min<sup>\u20131<\/sup>. Schnittholz brennt unter anderem wegen der nicht zu vermeidenden Schwindrisse schneller ab als verleimte H\u00f6lzer. Der Feuerwiderstand ergibt sich aus der Verminderung des Querschnittes (siehe Abb. 8.15).<\/p>\n<p>D\u00fcnne St\u00e4be weisen somit keinen nennenswerten Feuerwiderstand auf, mit kr\u00e4ftigeren Balken hingegen l\u00e4sst sich eine Feuerwiderstandsdauer von 30 bis 45\u202fmin erreichen. Bei Holzst\u00fctzen tritt durch den Abbrand ebenfalls eine Schw\u00e4chung des Querschnittes auf. Daraus ergibt sich eine Erh\u00f6hung der Schlankheit, die ein Absinken der zul\u00e4ssigen Knickspannung nach sich zieht.<\/p>\n<p>Der Feuerwiderstand von Holz l\u00e4sst sich durch <i>mineralisierende Impr\u00e4gnierung <\/i>verbessern.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>8.5.1 Stahlkonstruktionen Eine Erw\u00e4rmung des Stahls bewirkt einerseits ein Absinken der Fliessgrenze, andererseits eine Reduktion des Elastizit\u00e4tsmoduls. Die damit verbundene Verminderung der Tragf\u00e4higkeit und die entstehenden Deformationen beeinflussen das Tragverhalten von Stahlkonstruktionen entscheidend. 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