Konstruktiver Brandschutz im Hochbau

Was ist der konstruktive Brandschutz?

Die untenstehende Abbildung erlaubt eine Einordnung des konstruktiven Brandschutz in den allgemeinen Brandschutz. Darin ist zu sehen, dass der allgemeine Brandschutz als oberstes Ziel die Erhaltung des Lebens und der Gesundheit von Mensch und Tier verfolgt. Um dieses Ziel umzusetzen, versucht der vorbeugende Brandschutz einen Brand zu verhindern bzw. zu begrenzen. Im baulichen Brandschutz werden dazu z.B. Brandabschnitte ausgebildet, damit sich ein Brand in einem Gebäude nicht ungehindert ausbreiten kann. Damit z.B. die Brandabschnitte den hohen Temperaturen im Brandfall widerstehen können, müssen die verwendeten Bauteile bestimmte Anforderungen an ihre Brennbarkeit sowie an den Feuerwiderstand erfüllen. Diese Anforderungen stellen den konstruktiven Brandschutz dar.

Überblick über die unterschiedlichen Arten des Brandschutzes.

Auswahl von geeigneten Materialien, um den konstruktiven Brandschutz sicherzustellen

Der konstruktive Brandschutz von Bauteilen kann mit unterschiedlichen Materialien erreicht werden (s. untenstehende Abbildung). In Deutschland dominieren hinsichtlich des Brandschutzes oftmals Stahlbetonkonstruktionen. Den Grund hierfür finden Sie in einem beispielhaften Vergleich des konstruktiven Brandschutzes von Stahlbeton, Stahl und Holz. Die weiteren Bauweisen Holz-, Stahl- und Stahlverbundbau spielen eine untergeordnete Rolle, was sich aber im Zuge der stetigen Zunahme von Ingenieurmethoden des Brandschutzes (wie z.B. der Heißbemessung) in Zukunft ändern kann. Nach der maßgebenden Norm DIN 4102-1 wird das Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen in die nachstehenden fünf Baustoffklassen eingeteilt:

Materialien für den konstruktiven Brandschutz.

Betonkonstruktionen

Betonkonstruktionen erreichen ohne weitere konstruktive Brandschutzmaßnahmen jede im Hochbau erforderliche Feuerwiderstandsdauer. Beton profitiert z.B. gegenüber Stahlkonstruktionen von seiner geringen thermischen Leitfähigkeit. Daraus folgt, dass Betonkonstruktionen sich im Brandfall langsam erwärmen und sich daher nur allmählich entfestigen.

Holzkonstruktionen

Bei Brandbeanspruchung bildet Holz eine schützende Pyrolyseschicht, die das Holz vor weitere Aufwärmung schützt. Holzkonstruktionen spielen im Hochbau insgesamt nur eine untergeordnete Rolle und werden daher nicht weiter betrachtet.

Stahlverbundkonstruktionen

Aufgrund der positiven Eigenschaften des Betons kam es insbesondere in den 1990er Jahren zu einer Blütezeit des Stahlverbundbaus. Bei Stahlverbundkonstruktionen werden Stahl und Beton so zusammengefügt, dass der umgebende Beton den Stahl vor einer zu schnellen Erwärmung schützt. Zudem entstehen statisch sehr leistungsfähige Querschnitte, da der Beton im Druckbereich und der Stahl im Zugbereich eingesetzt werden. Mit Stahlverbundkonstruktionen können wie bei Betonkonstruktionen alle im Hochbau erforderlichen Feuerwiderstandsdauern erzielt werden. Allerdings hat sich der Stahlverbundbau im Bauwesen nur im Parkhausbau sowie teilweise im Hochhausbau durchgesetzt. In anderen Ländern ist der Stahlverbundbau deutlich verbreiteter, z.B. in England und in den USA.

Konstruktiver Brandschutz von Stahlbauteilen

Mit Spritzputz bekleidete Stahlkonstruktionen

Stahlkonstruktionen können durch Spritzputz für Feuerwiderstandsdauern bis ca. R180 geschützt werden. In Deutschland wird Spritzputz allerdings selten verwendet, weil der Putz nicht sehr regelmäßig aufgebracht werden kann und daher oft als unästhetisch empfunden wird.

Mit Spritzputz geschützte Träger.

Mit Gipskarton bekleidete Stahlkonstruktionen

Stahlkonstruktionen können durch Gipskartonplatten brandschutztechnisch für alle erforderlichen Feuerwiderstandsdauern geschützt werden. Nachteilig ist der erhöhte Arbeitsaufwand für das Montieren der Gipskartonplatten, die die Baukosten erhöhen.

Ungeschützte Stahlkonstruktionen

Ungeschützte Stahlkonstruktionen erreichen bei wirtschaftlichen Lastausnutzungen keine Feuerwiderstandsdauer. Es gibt aber die Möglichkeit, über die Berücksichtigung von sog. Naturbränden im Rahmen eines Brandschutzkonzeptes die tatsächlichen Brandlasten einfließen zu lassen. Dadurch können sich geringere Brandraumtemperaturen im Vergleich zur Einheits-Temperaturzeitkurve (ETK) ergeben, so dass die Stahlkonstruktion unter Umständen ungeschützt ausgeführt werden kann. Für dieses Vorgehen ist die Zustimmung der Baubehörde erforderlich und es fallen zusätzliche Kosten für das Brandschutzgutachten an. Daher sind ungeschützte Stahlkonstruktionen im normalen Hochbau unüblich. Eine wichtige Ausnahme stellen Industriehallen dar. In der sog. Muster-Industriebaurichtlinie (MIndBauRl) ist geregelt, dass in Industriehallen das Stahltragwerk ungeschützt ausgeführt werden darf, wenn bestimmte Randbedingungen eingehalten werden, wie z.B. die zulässige Brandabschnittsfläche.

Mit Dämmschichtbildner geschützte Stahlkonstruktionen

Stahlkonstruktionen können auch mit einem sog. Dämmschichtbildner bis zu einer Feuerwiderstandsdauer von R90 geschützt werden. Im Brandfall expandiert der Dämmschichtbildner und schützt den darunter liegenden Stahl u.a. durch die eingeschlossenen Luftporen vor einer Erwärmung.