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Regelkonforme Brandschutzlösungen im Installationsbereich

Rettungswege müssen im Brandfall ausreichend lang nutzbar sein.

Vorhandene Brandlasten werden deshalb häufig entsprechend dem Kommentar zur Muster-Leitungsanlagen-Richtlinie (MLAR) [1] über einer selbstständigen Unterdecke mit Anforderungen an die Feuerwiderstandsdauer in einem rauchdichten Abschnitt separat verlegt. Die Befestigungslösungen sind dann so auszulegen, dass die Funktion dieser selbstständigen Unterdecke auch während eines Brandes erhalten bleibt.

Bei der Planung der Etagenhöhe wird kein Zentimeter gern verschenkt. Für einen sicheren Funktionserhalt der selbstständigen Unterdecke ist ein üblicher Abstand von reichlich 50 mm aber oft nicht ausreichend (Abb. 1).

Rettungsweg-Symbol auf grünem Hintergrund, am oberen Rand die graphische Darstellung einer Unterdecke.
Quelle: Sikla GmbH
Rohrleitungen der Technischen Gebäudeausrüstung über selbstständiger Unterdecke .

Je nach Konstruktion sind häufig bis zu 150 mm erforderlich, da sich die Gesamtverformung einer Konstruktion aus mehreren Anteilen addiert.

Komponenten mit konstanter oder variabler Verformung

Die Eignung bestimmter Produkte mit konstanter Verformung lässt sich aus Tabellen entnehmen, beispielsweise für

  • Anker zur Deckenbefestigung mit ETA (Europäisch Technische Bewertung),
  • Gleitelemente zum Ausgleich der thermischen Dehnung (mit MPA-Prüfbericht),
  • Rohrschellen (mit RAL-Prüfzeugnis RAL-GZ 656 [2]).

In den Tabellen kann neben der temperaturreduzierten Belastbarkeit auch die zu erwartende zugehörige Verformung für den Brandfall abgelesen werden.

Besitzen die Produkte den variablen Parameter "Länge", so muss eine entsprechende Berechnung vorgenommen werden, um die Belastbarkeit im Brandfall und die zu erwartende Verformung für diese Elemente möglichst algorithmisch zu ermitteln. Beispiele sind Gewindestäbe mit Längsdehnung von ca. 14 mm/m bei FWD 90 nach EC 3 [3] und Montageschienen unter Berücksichtigung eines Verformungszuschlages. Abbildung 2 verdeutlicht diese einzelnen Verformungskomponenten anhand einer typischen Installation der Technischen Gebäudeausrüstung mit Anforderungen an die Feuerwiderstandsdauer.

Die Grafik verdeutlicht die einzelnen Verformungskomponenten anhand einer typischen Installation der Technischen Gebäudeausrüstung mit Anforderungen an die Feuerwiderstandsdauer.
Quelle: Sikla GmbH
Komponenten der Verformung.

Höhere Spannungswerte nutzen

Bereits in den 1970er-Jahren gab es die ersten Vorgaben für die Heißbemessung von zugbeanspruchten Gewindestäben als feuerhemmende oder feuerbeständige Konstruktion. Diese Werte wurden anschließend in der DIN 4102 [4] verankert und langjährig erfolgreich als konservative Bemessungsbasis genutzt.

Neue Erkenntnisse zu einer differenzierten Heißbemessung für jede Temperatur unter 1.100 °C sind inzwischen in EC 3 [3] dokumentiert. Sie ermöglichen entsprechend Abbildung 3 eine höhere Ausnutzung der temperaturreduzierten Belastbarkeit für zug- und biegebeanspruchte Bauteile. Die konkrete Belastbarkeit von Gewindestäben in den Größen von M8 bis M16 nach nationaler und europäischer Norm kann dem aktuellen Kommentar zur MLAR [1] entnommen werden.

Das Lösungsfeld ist begrenzt

Die algorithmische Betrachtung von Montageschienen in der Heißbemessung nach EC 3 [3] wird seit 2012 durch die Neufassung der DIN EN 1363-1 [5] aufgrund der zusätzlichen Beachtung des Kriteriums Tragfähigkeit auf einen Vertrauensbereich beschränkt. In diesem bildet die Biegelinie noch kein Seileck, wie Abbildung 4 verdeutlicht.

Die Grafik verdeutlicht, welcher Lösungsbereich für ein Seileck gilt.
Quelle: Sikla GmbH
Seileck außerhalb des Lösungsbereiches.

In diesem Fall kann von einer wesentlichen Querschnittstreue des Profils über die gesamte freie Länge ausgegangen werden. Das ermöglicht die Anwendbarkeit von Formeln der Elastizitätstheorie mit zusätzlichen Reduktionsfaktoren für den Brandfall, wie sie vom Otto-Graf-Institut der Universität Stuttgart erarbeitet wurden.

Die Tragfähigkeit wird dabei durch das geometrische Kriterium der maximalen Grenzdurchbiegung dmax = Lf2 / (400 * h) begrenzt. Für eine typische Montageschiene 41/41 sind das bei einer freien Länge von 800 mm beispielsweise nur noch 39 mm. Jede größere Durchbiegung gilt bereits als Versagen.

Möglichkeiten und Grenzen der Heißbemessung

Selbstverständlich ist die algorithmische Ableitung von Belastbarkeit und Verformung im Brandfall allgemein wünschenswert, da sie wirtschaftlicher als Versuche ist.

Die Gegenüberstellung von Verformungswerten aus Versuchen mit den Ergebnissen aus alleiniger Berechnung nach EC 3 hat jedoch insbesondere für Situationen > FWD 30 gezeigt, dass ein Zuschlag erforderlich ist, um dieser Erscheinung Rechnung zu tragen. Dieser Verformungszuschlag ist für die Heißbemessung von Montageschienen deshalb in Berechnungen praxisgerecht zu berücksichtigen und künftig weiter zu untersuchen – aufbauend auf den bisherigen Erkenntnissen.

Unter bestimmten Bedingungen ist jedoch die Bearbeitung von Modellen der Finite-Elemente-Methode (FEM-Modellen) noch nicht praxistauglich oder Abweichungen in der Verformung zwischen praktischen Versuchen und theoretischen Modellen [6] müssen berücksichtigt werden. Nach dem heutigen Stand der Technik wird dann das Lösungsfeld auf einen verantwortungsvollen Vertrauensbereich eingegrenzt – beispielsweise auf eine empfohlene maximale freie Profillänge von höchstens 20 * Profilhöhe (h). Dabei muss zusätzlich das neue Kriterium "Tragfähigkeit" nach DIN EN 1363-1 beachtet werden [5].

Die Grafik zeigt die temperaturreduzierte Streckgrenze für die Heißbemessung.
Quelle: Sikla GmbH
Temperaturreduzierte Streckgrenze für die Heißbemessung.

Donnerstag, 07.11.2019

Von Werner Ludwig
Sikla GmbH