Mit diesem Modul kann die Tragwerksanalyse für den Brandfall nach dem allgemeinen Rechenverfahren für ebene und räumliche Stabtragwerke durchgeführt werden. Dabei kommen Stahl-, Stahlbeton-, Holz- und Verbundquerschnitte unter Berücksichtigung der folgenden Normen zur Anwendung:

• EN 1992-1-2: 2004
• DIN EN 1992-1-2
• EN 1993-1-2: 2005
• ENV 1994-1-2: 1997
• EN 1995-1-2: 2010

Die Analyse setzt sich aus der thermischen und der mechanischen Berechnung zusammen.
Diese Berechnungsschritte werden nachfolgend umrissen. Ausführlichere Informationen können Sie dem Auszug aus dem Benutzerhandbuch entnehmen.

Die Prüfung und Validierung mit den Beispielen aus dem Anhang CC der DIN EN 1991-1-2/NA:2010-03 wurde durchgeführt. Dabei wurden die geforderten Toleranzen eingehalten.
Eine Dokumentation der Berechnungen und erzielten Ergebnisse steht zum Download bereit.

Thermische Berechnung

Die Temperaturverteilungen in den Querschnitten infolge thermischer Beanspruchungen werden im Rahmen einer nichtlinearer Zeitschritt-Integration ermittelt.

Innerhalb eines Querschnittes können verschiedene Materialien wie z.B. Stahlbeton, Stahl oder Dämmung verwendet werden. Für deren thermische Kennwerte lassen sich bei Bedarf benutzerdefinierte Kurven vorgeben.

Das Zeitinkrement sowie die Zeitdauer werden vom Anwender festgelegt und sowohl bei der thermischen als auch bei der anschließenden mechanischen Berechnung verwendet. Als Ergebnis stehen die Temperaturprofile für alle Zeitpunkte zur Verfügung.

Temperatur-Zeit-Verlauf an einem ausgewählten Querschnittspunkt

Mechanische Berechnung

Im Rahmen der mechanischen Analyse wird eine nichtlineare Zeitschritt-Berechnung nach dem 'Allgemeinen Rechenverfahren' der Normen EN 1992-1-2, EN 1993-1-2 und EN 1995-1-2 durchgeführt.

Die thermischen Dehnungen und Spannungs-Dehnungs-Linien im Querschnitt werden mit den  Temperaturprofilen aus der thermischen Analyse bestimmt.

Bezogene Spannungs-Dehnungs-Linien für Beton mit quarzhaltigen Zuschlägen

Temperatur- und Spannungsverteilung an einem Stahlbetonquerschnitt
(Beispiel aus: Entwicklung eines vereinfachten Rechenverfahrens zum Nachweis des konstruktiven Brandschutzes bei Stahlbeton-Kragstützen, Sonderforschungsvorhaben S 008)

Das unten abgebildete Beispiel wurde aus Upmeyer, Dissertation Universität Hannover 2001, entnommen und basiert auf einem 1995 in Braunschweig durchgeführten Brandversuch.

   Verbundrahmen mit Abmessungen, Belastung und Querschnitten

Die Brandbeanspruchung erfolgt nach der Einheits-Temperaturzeitkurve. Der Riegel wird von der Unterseite und der Stiel allseitig beflammt.

Temperaturprofile der verwendeten Querschnitte zum Zeitpunkt t=90 min

Im Rahmen der durchgeführten Zeitschrittberechnung werden geometrische und physikalische Nichtlinearitäten erfasst. Im Anschluß an die Berechnung stehen die zeitabhängigen Verformungen, Schnittgrößen und Auflagerreaktionen für die Darstellung bereit.

Die unten abgebildeten Zeit-Verschiebungskurven stimmen sehr gut mit den Versuchsergebnissen überein. Auch der berechnete Versagenszeitpunkt von 149 min kommt dem Versuchsergebnis (150 min) sehr nahe.

Überhöhte Verformungsfigur des Rahmens kurz vor dem Versagen (t=148 min)

Zeit-Verschiebungs-Kurve uz im Rahmenriegel (1) 

Zeit-Verschiebungs-Kurve ux im Rahmenstiel (2)

Thermische Analyse

• Thermische Einwirkungen gemäß EN 1991-1-2
• Selbst definierbare Brandkurven
• Optionale Berücksichtigung des Feuchtegehalts im Beton
• Optionale Berücksichtigung der Bewehrungslagen
• Ungleichmäßige Temperaturbeanspruchung
• Wärmeübertragung auf anschließende Bauteile
• Strahlung und Konvektion im Inneren eines Querschnittes
• Frei wählbare Berechnungsinkremente

Mechanische Analyse

• Temperaturabhängige Materialeigenschaften, auch frei definierbar
• Berücksichtigung unterschiedlicher Brandfälle
• Nichtlineare Zeitschritt-Berechnung des Tragwerks

Literatur:

DIN EN 1991-1-2/NA:2010-12
Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter –
Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke –
Teil 1-2: Allgemeine Einwirkungen - Brandeinwirkungen auf Tragwerke.
Herausgeber: DIN Deutsches Institut für Normung e.V., Berlin.
Beuth Verlag, Berlin 2010.

DIN EN 1992-1-2/NA:2010-12
Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter –
Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken –
Teil 1-2: Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall.
Herausgeber: DIN Deutsches Institut für Normung e.V., Berlin.
Beuth Verlag, Berlin 2010.

DIN EN 1993-1-2/NA:2010-12
Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter –
Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten –
Teil 1-2: Allgemeine Regeln – Tragwerksbemessung für den Brandfall.
Herausgeber: DIN Deutsches Institut für Normung e.V., Berlin.
Beuth Verlag, Berlin 2010.

DIN EN 1995-1-2/NA:2010-12
Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter –
Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten –
Teil 1-2: Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall.
Herausgeber: DIN Deutsches Institut für Normung e.V., Berlin.
Beuth Verlag, Berlin 2010.

EN 1991-1-2:2010
Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke –
Teil 1-1: Allgemeine Einwirkungen - Brandeinwirkungen auf Tragwerke.
Herausgeber: CEN Europäisches Komitee für Normung, Brüssel.
Beuth Verlag, Berlin 2010.

EN 1992-1-2:2004/AC:2008
Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken –
Teil 1-2: Allgemeine Regeln – Tragwerksbemessung für den Brandfall.
Herausgeber: CEN Europäisches Komitee für Normung, Brüssel.
Beuth Verlag, Berlin 2008.

EN 1993-1-2:2005/AC:2009
Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten –
Teil 1-2: Allgemeine Regeln – Tragwerksbemessung für den Brandfall.
Herausgeber: CEN Europäisches Komitee für Normung, Brüssel.
Beuth Verlag, Berlin 2009.

ENV 1994-1-2:1997
Eurocode 4: Bemessung und Konstruktion von Verbundtragwerken aus Stahl und Beton –
Teil 1-2: Allgemeine Regeln – Tragwerksbemessung für den Brandfall.
Herausgeber: CEN Europäisches Komitee für Normung, Brüssel.
Beuth Verlag, Berlin 1997.

EN 1995-1-2:2010
Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten –
Teil 1-2: Allgemeine Regeln - Bemessung für den Brandfall.
Herausgeber: CEN Europäisches Komitee für Normung, Brüssel.
Beuth Verlag, Berlin 2010.

A Heat Transfer Textbook,
J.H.Lienhard IV and J.H.Lienhard V, Phlogiston Press Cambridge, Massachusetts, U.S.A., 2008.

Leitfaden Ingenieurmethoden des Brandschutzes, Technischer Bericht vfdb TB 04/01,
Hrsg. Dietmar Hosser, Altenberge, Braunschweig 2006.

Bemessung von Tragsystemen mehrgeschossiger Gebäude in Stahlbauweise für realistische Brandbeanspruchung, J. Zehfuß, Dissertation, TU Braunschweig, 2004.

Brandschutzbemessung im Massivbau - insbesondere Stahlbetonstützen -
Dr.-Ing. Ekkehard Richter, Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB)
Technische Universität Braunschweig, 2007.

Tragverhalten stählerner Rahmensysteme bei Brandbeanspruchung,
A. Rubert und P. Schaumann, Stahlbau 9/1985, Wilhelm Ernst & Sohn.

Nachweis der Brandsicherheit von kammerbetonierten Verbundbauteilen über Grenzbrandlasten,
J. Upmeyer, Dissertation, TU Hannover, 2001

Brandbeständigkeit von Faser-, Stahl- und Spannbeton,
Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie, Straßenforschung Heft 544, Wien 2004.