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Baukunde - Das Brandverhalten vo
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Baukunde
- Das Brandverhalten von Bauteilen -
Brand und Einsturzgefahren eines Einsatzobjektes beurteilen |
Brand und Einsturzgefahren eines
Einsatzobjektes beurteilen zu können, sind von größter Wichtigkeit für
die Einsatztaktik von Feuerwehren. Die Angriffsart wird vielfach vom
Brandverhalten der Baukonstruktion bestimmt. Um eine Entscheidung zu
treffen, ob ein Innenangriff noch möglich ist oder nicht, ist es
erforderlich, gewisse Kenntnisse über das Brand und Tragverhalten
gewisser Baustoffe zu haben.
Im nun Folgenden soll ein wenig Aufklärung darüber gegeben werden, was eigentlich
Bauteile sind, wie sie sich verhalten und was an der Einsatzstelle
passieren kann. Darüber hinaus wird der statische und der bauliche
Brandschutz erläutert und Informationen darüber gegeben, wer mir bei
Fragen helfen kann.
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Was sind eigentlich Bauteile
und wie funktionieren sie ?
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Bauteile sind Teile, Elemente und
Komponenten aus verschiedensten Stoffen hergestellt. Aus ihnen setzt sich
ein Gesamtbauwerk zusammen und in diesem übernehmen diese Bauteile
bestimmte Funktionen.
Man unterteilt diese Bauteile nach ihren verschiedensten Funktionen :
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| tragende
Bauteile |
Säulen -
Balken - Unterzüge |
| raumabschließende
Bauteile |
Wände -
Decken - Fußböden |
| aussteifende
Bauteile |
Streben -
Windverbände - Windrispen |
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Hierzu sei angemerkt, dass Bauteile mehrere
Funktionen gleichzeitig und gleichwertig übernehmen können. Ein Beispiel
sei hier bei Massivbauten genannt : Lastabtragung, Raumabschluss und
Aussteifung durch Massivwände.
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Versagen von Bauteilen -
Bruch und Einsturz
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Aufgrund einer Brandausbreitung kann es zum
Versagen von Bauteilen kommen und zwar in zweierlei Hinsicht :
- wird ein raumabschließendes Bauteil zerstört, folgt automatisch die
Brandausbreitung
- erfüllt ein tragendes oder aussteifendes Bauteil seine Funktion nicht
mehr, folgt ein Einsturz und unter Umständen
eine Brandausbreitung.
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Die
Bemessung von Stahlbetonbauteilen erfolgt vom Statiker allein
aufgrund
statischer Erfordernisse so, dass sie eine Feuerbeständigkeit von
F90 bzw.
F120 (F90 bzw. F120 sind Feuerwiderstandsklassen einzelner Bauteile
mit
Angabe in Minuten ) aufweisen. Ein Bauteilversagen tritt somit erst
nach
extremer Befeuerung mit entsprechend hohen Temperaturen auf.
Vorsicht ist jedoch bei Bauteilen aus Spannbeton geboten. Sie
enthalten eine
vorgespannte Stabstahlbewehrung die höchst temperaturanfällig ist.
Besonders bei Bauten die vor 1960 erstellt wurden ist dieses der
Fall, da es
noch keine entsprechende DIN zum statisch konstruktiven Brandschutz
gab,
die gewisse Vorgaben, wie z.B. einhalten ausreichender Betondeckung
der
Bewehrung, machte. Heute sind entsprechende Vorgaben in der DIN 4102
für
den statisch konstruktiven Brandschutz gemacht.
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EINSTÜRZE
eine HAUPTGEFAHR |
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Einstürze erfolgen
oft schlagartig ohne Anzeichen, d.h. erste Anzeichen sind evtl.
durch Rauch nicht zu erkennen und durch Brandgeräusche nicht zu
hören |
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URSACHEN |
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Tragfähigkeitsverlust
von Bauteilen |
Längenänderungen,
Verformungen, Überlastungen von Bauteilen |
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durch |
durch |
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Querschnittsschwächung
aufgrund von Abbrand (Holz) |
ungleichmäßige
Wärmedämmung |
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Festigkeitsverlust durch
Erwärmung (Stahl, Bewehrung) |
Stahlträger (drücken
Wände und Auflager auseinander)
Vorsicht : Beim Abkühlen zieht der Träger sich wieder zusammen und
kann vom Auflager abrutschen |
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Abplatzen, Zerspringen
(Natursteine) |
Betondecken und Trägern
(Folgen wie zuvor beim Stahlträger) |
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Schwächung von
Knotenpunkten (Holz- Stahltragwerke) |
Mauern und Schornsteine
(biegen sich zur Feuergewandten Seite und stürzen ein) |
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Gewichtsverlagerung
(einseitiger Abbrand bei Holz) |
Umdrücken und
Einreißen durch andere versagende Bauteile |
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Lockern von
Verankerungen und Querverbänden durch Abbrand, Erschütterungen
(Einsturz von Dachaufbauten, Abfallen von Balkonen, Gesimsen, Erkern
usw.) |
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Überlastung von
Bauteilen durch Trümmer eingestürzter anderer Bauteile, sich
ansammelndes Löschwasser und durch wasseraufsaugendes Lagergut,
Wärmedämmungen |
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Zusätzliche wichtige Hinweise zum
Einsturzverhalten von Bauteilen :
Bei ungeschützten Stahlkonstruktionen kann die kritische Temperatur von
500 Grad Celsius bereits 20 Minuten nach Brand-
entstehung erreicht werden.
Besonders kritisch sind Stahlverbindungsbauteile (Nägel, Nagelbleche) bei
Holzkonstruktionen (z.B. Nagelplattenbindern), da die
Wärme in den Holzquerschnitt geleitet wird und der Kraftschluss zwischen
Verbindungsteil und Holz verloren geht.
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Beurteilungskriterien /
Einflussgrößen auf den Feuerwiderstand von Bauteilen
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Querschnittsform : Die
Schädigung bzw. Schwächung eines Bauteiles hängst stark davon ab, wie
schnell kritische Temperaturen
im Bauteilkern erreicht werden. Einflussgrößen dafür sind die
Wärmeleitfähigkeiten des Baustoffes (insbesondere bei Stahl!) und
das Verhältnis der Oberfläche eines Bauteils zur Querschnittsfläche.
Besondere Vorsicht ist bei filigranen, feingliederigen Bauteilen
wie z.B. Fachwerbindern, Raumfachwerken und T-Profilen geboten. Kompakte
Vollquerschnitte (Rechteck, Quadrat- oder
Rundform) sind weniger anfällig.
Schlankheit : Darunter versteht man das Verhältnis von
Bauteilhöhe (h) zu Bauteildicke (d). Je schlanker ein Bauteil, desto
größer
die Gefahr des Kippens von Wänden und das Verdrehen von Dachbindern
Brandbeanspruchung : Die ist wesentlicher Einflussfaktor auf
den Feuerwiderstand von Bauteilen gleicher Abmessung und
Beschaffenheit. Je mehr Seiten einer direkten Brandeinwirkung ausgesetzt
sind, desto geringer der Feuerwiderstand. Am
ungünstigsten verhalten sich da frei im Raum stehende Stützen, die
allseitig einer Brandeinwirkung ausgesetzt sind, wobei z.B.
Decken im Normalfall nur einer einseitige Brandbeanspruchung erfahren.
Belastung : Je höher die maximale statische Belastung im
Verhältnis zur maximalen rechnerischen Belastung, desto geringer ist die
Sicherheitsreserve und damit der Feuerwiderstand von lastabtragenden
Bauteilen.
Verbindung von Anschlüssen : Im gesamten statischen System
spielt nicht allein der Feuerwiderstand einzelner Bauteile ein
Rolle, sondern auch deren Verbindungen untereinander. Ein guter
Feuerwiderstand lässt sich leicht durch mangelhaft geschützte
Verbindungen unwirksam machen.
Bei Holzverbindungen sind dies zimmermannsmäßige Verbindungsarten (
Verzapfungen und Verblattungen ) als vorteilhaft erwiesen.
Nagel- und Nagelplattenverbindungen sind dagegen sehr ungünstig und
können sehr leicht versagen.
Bei Stahlkonstruktionen haben sich Schweißverbindungen am besten
bewährt, gefolgt von Nietverbindungen und Verschraubungen.
Bei der Fertigteilbau mit Stahlbeton erweisen sich die
Auflagerbereiche/Konsolen als kritische Punkte. Bei zu knappen Auflagern
können Binder von diesen abrutschen.
Die Ortbetonbauart ist hinsichtlich der Verbindungspunkte völlig
unkritisch anzusehen, sofern die Konstruktion aus einem Guss
erfolgte.
Statisches System : Werden bei einer Konstruktion die
Knotenpunkte biegesteif ausgeführt (=statisch bestimmtes System), so
können die auf ein Bauteil einwirkenden Belastungen teilweise auf
angrenzende Bauteile übertragen werden. Dieses stellt eine
zusätzliche Sicherheitsreserve dar, die sich im Brandfall positiv auf den
Feuerwiderstand auswirkt. Als biegesteif sind u.a.Schweißverbindungen im Stahlbau oder Ortbetonverbindungen anzusehen.
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Im
Vorangegangenen wurden hauptsächlich die Baustoffe Stahl,
Stahlbeton und
Holz betrachtet. Sicher ist jedem bewusst, dass es eine Vielzahl von
weiteren
Baustoffen gibt, deren Anzahl sich nahezu täglich erhöht. Um diese
alle hier
aufzuzählen bzw. aufzulisten und genaue Informationen über ihre
Eigenschaften
und ihr Verhalten zu geben, würde den Rahmen sprengen. Lediglich
wollen wir
hier darauf hinweisen, dass der Grad der giftigen Dämpfe, der bei
Verbrennung
bestehender und neuartiger Baustoffe entsteht sich in den letzten
Jahren
explosiv erhöht hat. Somit ist bei einem Brand in baulicher
Hinsicht nicht nur mit
Brandausbreitung und Einsturz zu rechnen, sondern auch mit
Atemgiften.
Für das Feuerlöschwesen kann man auch im baulichen Bereich sehr
schön die
Matrix anwenden, die ein Feuerwehrmann schon in frühester
Ausbildung erlernt;
A = Ausbreitung A = Angst A = Atemgifte A = Atomar (sicher bedingt)
C =Chemisch
E = Einsturz E = Elektrizität E = Erkrankung E =
Explosivität
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Notwendigkeit des
Branschutzes
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Die Brennbarkeit eines Baustoffes ist von
drei Faktoren abhängig :
- dem Vorhandensein von Sauerstoff - der
Entzündungstemperatur - der Brennbarkeit des
betrachteten Stoffes
Verhindert
man durch eine Schutzschicht den Zugang von
Sauerstoff an eine Holzstütze, so kann diese nur schwer entflammt
werden. Auch die Verkohlung der Außenschichten der Stütze
unterbinden die weitere Sauerstoffzufuhr.
Die Entzündungstemperatur ist ein weiterer wichtiger Faktor. So
kann ein Baustoff sich auch ohne den direkten Kontakt zu einer
offenen Flamme entzünden. Die Brandübertragung durch Bauteile
hindurch geschieht oft auf diese Art und Weise. So liegt die
Entzündungstemperatur von Papier bei 231 Grad Celsius (Tapeten
entzünden sich!), die von Holz bei 200 bis 300 Grad Celsius. Durch
Löschen brennender Körper und durch Befeuchten z.B.
benachbarter Bauteile versucht man, die Baustoffe und Bauteile
unter die Entzündungstemperatur zu bringen und zu halten. |
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Brandentstehung und
beeinflussende Faktoren |
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Der gefährdete Stoff muss eine Affinität
zu Sauerstoff haben, d.h. er hat die Neigung, sich mit Sauerstoff zu
verbinden ,eine
Oxidation einzugehen. Holz hat diese Neigung, Beton nicht. Bei Beton
stehen keine Moleküle zur Verfügung, die noch nicht mit
Sauerstoffatomen gesättigt sind.
Werden nicht brennbare Baustoffe oder Bauteile hohen Temperaturen, wie sie
bei Bränden entstehen, ausgesetzt, so ist ihr
Verhalten sehr unterschiedlich. Bauteile aus Stahl verlieren sehr schnell
ihre Tragfähigkeit, Natursteine zerbrechen, Gipsputze
reißen, Glas zerbirst.
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Konstruktionen
aus brennbaren Baustoffen weisen ggf. ein günstigeres Brand-
verhalten auf, als Konstruktionen aus nichtbrennbaren Baustoffen.
Nicht
geschützte Stahlkonstruktionen verlieren bei schwacher Rotglut
bereits 50% ihrer
Tragfähigkeit und können so kaum als F30 Bauteil eingeordnet
werden.
Holzbauteile können F30 relativ leicht erreichen, das sie nur
langsam ihre Trag-
fähigkeit verlieren. Die Verkohlung an der Oberfläche ruft durch
ihre Dämmwirkung
einen natürlichen Brandschutz hervor.
Um Schäden und Gefahren für das Leben und die Gesundheit des
Menschen durch
Bränden in Gebäuden zu verhindern, wurden entsprechende
Vorschriften zum
Brandschutz erlassen. Sie sind in den Landesbauordnungen sowie den
zugeordneten Verordnungen und Erlassen enthalten. Hierzu gehören
Beispiels-
weise die Hochhausverordnung, die Garagenverordnung und viele
Andere.
Der Brandschutz wird hinsichtlich der Anforderungen und deren
Nachweise, sowie
der Zuständigkeiten der am Bau beteiligten Fachplaner auch in den
statisch
konstruktiven, den baulichen und den abwehrenden Brandschutz
unterschieden. |
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Der statisch konstruktive Brandschutz
umfasst den Nachweis der Einhaltung von Brandschutzanforderungen an
statisch-konstruktiv relevante Bauteile. Er wird meist vom
Tragwerksplaner, dem Statiker, aufgestellt und vom Staatlich anerkannten
Sachverständigen für die Prüfung der Standsicherheit geprüft. Es wird
nachgewiesen, dass die Anforderungen gemäß DIN 4102, Teil4 eingehalten
sind.
Der bauliche Brandschutz umfasst die Brandschutzkonzeption eines
Gebäudes, die vom Entwurfsverfasser oder einem Sachverständigen
erarbeitet wird und vom staatlich anerkannten Sachverständigen für die
Prüfung des Brandschutzes oder von der zuständigen Bauaufsichtsbehörde
geprüft wird. Konzipiert werden insbesondere die Flucht- und
Rettungswege, die Einhaltung des Abschottungsprinzips durch die Bildung
von Brandabschnitten, die Feuerwiderstandklassen von Bauteilen bzw. die
materiellen Anforderungen an den baulichen Brandschutz der jeweiligen
Landesbauordnungen.
Der abwehrende Brandschutz
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Das Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen bildet die Grundlage
des Brandschutzes. Es wird durch Feuerwiderstandsklassen
gekennzeichnet.
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Diese ist die
Mindestdauer in Minuten, während der ein Bauteil bestimmte, in der
DIN 4102 fest-
gelegte Forderungen erfüllt. Dazu gehören, Verhinderung des
Feuerdurchganges,
Standfestigkeit und Erhaltung der Tragfähigkeit, geringe
Durchbiegungsgeschwindigkeit und langsame Erwärmung der feuerabgekehrten Seite. Die Feuerwiderstandsklassen sind so definiert, dass in dieser Zeit
eine Flucht aus
dem Gebäude möglich ist und zudem die Rettungsmaßnahmen
durchgeführt werden
können. Die weitere Gebrauchsfähigkeit der betrachteten Bauteile
ist dabei ohne
jeglichen Belang. |
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Die zur Vorbeugung einer Brandentstehung
wichtigen Anforderungen an die Brennbarkeit der Baustoffe verbietet
generell den Einsatz leicht entflammbarer Baustoffe (B3). Die
Mindestanforderung ist normalentflammbar (B2). Bei besonderer Nutzung
(z.B. Krankenhäuser, Versammlungsstätten, Hochhäuser etc.) werden in
den Spezialvorschriften schwerentflammbare Baustoffe (B3) gefordert. In
Rettungswegen sind allgemein nur nichtbrennbare Baustoffe (A1 oder A2)
zulässig.g.
Der Nachweis bzw. die Eingruppierung eines Baustoffes in eine
Feuerwiderstandklasse erfolgt durch ein Prüfzeichen gemäß DIN 4102.
Dieses Prüfzeichen muss gut sichtbar am Baustoff bzw. an der Verpackung
angebracht sein. Weitere Möglichkeiten der Zulassung eines Baustoffes
regeln die Landesbauordnungen.
Die zur Verhinderung der Brandausweitung im Gebäude oder des Einsturzes
von Gebäudeteilen wichtigen Anforderungen an den Feuerwiderstand von
Bauteilen lassen sich gewisse "Sicherheitsniveaus" zuordnen.
Diese werden entsprechend der Höhe und der Grundfläche des Gebäudes
für die einzelnen Bauteile abgestuft festgelegt, was nun folgende
Grafiken zeigen :
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Die bei der Planung festgelegten baulichen
Brandabschnitte bieten die Grundlage, ausbrechende Feuer lokal zu
begrenzen. Neben Vorkehrungen in Fluren sind Brandschutzklappen in
Lüftungsanlagen dazu bestens geeignet, die Ausbreitung zu
verhindern.
Dadurch wird folgendes erreicht :
Verhindern der Ausbreitung von Rauch in unbelastete Bereiche
Ermöglichen gezielter Entrauchungsmaßnahmen durch die Feuerwehren
Freigeben speziell vorgesehener Entrauchungskanäle durch mechanische
Öffnung der Brandschutzklappen.
Die Größe der Brandabschnitte wird wiederum in den Landesbauordnungen
festgelegt. In der Regel muss alle 30m ein Brand- abschnitt geschlossen werden. Nutzungseinheiten werden ebenfalls häufig
als Brandabschnitt angesehen. Diese Brandabschnitte
sind untereinander durch Brandwände, einer Wand ohne Öffnungen in F90-A
ausgeführt, zu trennen. Die Aussage ohne Öffnungen
kann relativiert werden, wenn diese Öffnungen den Charakter der Brandwand
nicht stören, d.h. der Einbau von selbstschließenden
T90 bzw. T60 Türen ist zulässig. Diese dürfen aber nicht dauerhaft
durch Gegenstände oder Vorrichtungen offengehalten werden.
Der Charakter der geschlossenen Brandwand muss auf jeden Fall immer
gewahrt werden.
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| Hier
ein Grundrissschema für den Wohnungsbau (links) sowie den
Industriebau (rechts) |
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Informationen zu dem Vorgenannten geben wir
Ihnen als Feuerwehr Nordhorn sehr sehr gern. Sie können sich jedoch auch
jederzeit an Ihre Bauaufsichtsbehörde oder entsprechende Fachbüros
wenden, welches im einzelnen folgende sind :
Ingenieurbüros für Tragwerksplanung und Bauphysik
Planungsbüros für den baulichen Brandschutz
Sachverständigenbüros für den allgemeinen Brandschutz
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