Einfluss der Materialauswahl auf den konstruktiven Brandschutz

Warum ist die Materialauswahl wichtig?

Bauwerke müssen brandsicher ausgebildet werden. Das bedeutet, dass sie für eine bestimmte Zeit (der sog. Feuerwiderstandsdauer) einer vorgegebenen, künstlichen Brandraumkurve (der Einheits-Temperaturzeitkurve) standhalten müssen. Im Bauwesen stehen verschiedene Materialien zur Verfügung, wobei die drei wichtigsten Stahl, Stahlbeton und Holz sind. Aufgrund ihres unterschiedlichen Gefüges verhalten sich die Materialien sehr unterschiedlich (Stahl und Beton brennen z.B. nicht, während Holz eine Pyrolyseschicht bildet), so dass die Materialauswahl wichtig ist.

Vergleich der Erwärmung von Stahl, Stahlbeton und Holz im Brandfall.
Abbildung: Vergleich der Erwärmung von Stahl, Stahlbeton und Holz im Brandfall.

Vergleich der Erwärmung von Stahl, Stahlbeton und Holz im Brandfall

Grundsätzlich kann der konstruktive Brandschutz mit allen drei Materialien sichergestellt werden. Allerdings muss dazu der Stahl in der Regel brandschutztechnisch geschützt werden (z.B. mit Gipsplatten oder Dämmschichtbildnern), während z.B. Stahlbeton in der Regel ohne weitere Maßnahmen die Anforderungen an den Brandschutz erfüllt.

Im Brandfall unterscheiden sich die drei Materialien nicht nur hinsichtlich ihrer Erwärmung, sondern auch in Bezug auf ihre Materialkennwerte (Festigkeit und Steifigkeit). An dieser Stelle soll nur auf die unterschiedliche Erwärmung der drei Materialien eingegangen werden. Im Sinne einer qualitativen Studie werden dazu drei Querschnitte aus Stahl, Stahlbeton und Holz gemäß der Einheits-Temperaturzeitkurve erwärmt und verglichen.

In der obigen Abbildung sind die Temperaturfelder für eine quadratische Stahlbetonstütze mit einer Breite/Höhe von 30 cm, einer Holzstütze mit identischen Abmessungen sowie eines Stahlprofils HE-A 300 nach 60-minütiger, allseitiger Brandbeanspruchung gemäß der Einheits-Temperaturzeitkurve zu sehen. Das Stahlprofil weist eine maximale Temperatur von ca. 940°C auf, was zu einer signifikanten Entfestigung und einem Versagen im Brandfall führen würde. Insofern ist klar, dass ungeschützte Stahlkonstruktionen in Bauwerken mit Brandschutzanforderungen selten bis gar nicht zu sehen sind.

Demgegenüber erwärmen sich die Stahlbetonstütze und die Holzstütze deutlich langsamer. Auffällig ist das jeweils inhomogene Temperaturfeld, bei dem die inneren Zonen noch eine hohe Tragfähigkeit aufweisen. Beide Baustoffe profitieren von ihrer geringen thermischen Leitfähigkeit und bieten somit einen inhärenten konstruktiven Brandschutz.

Nachweis des konstruktiven Brandschutzes

Für Ihr Projekt können wir alle drei Materialien (und weitere, wie z.B. Stahlverbund) mit Hilfe einer Heißbemessung wirtschaftlich dimensionieren. Bei neu zu errichtenden Objekten ist es sehr empfehlenswert, wenn Sie uns bereits in die Planungsphase einbinden. Insbesondere bei ungeschützten Stahltragwerken ist die Heißbemessung oftmals maßgebend für die Profilwahl. Insofern kann bei einem frühzeitigen Kontakt der Planungs- und Herstellungsaufwand deutlich reduziert werden.

Unverbindliche Erstberatung

Am besten Sie rufen uns jetzt direkt an und schildern uns Ihre konkrete Aufgabenstellung. Oder Sie schicken uns eine E-Mail mit Ihren Projektdaten. Hilfreich sind Grundrisse, Ansichten und Schnitte des jeweiligen Bauvorhabens, die wir selbstverständlich vertraulich behandeln. Falls vorhanden, ist auch ein Brandschutzkonzept hilfreich. Auf dieser Grundlage können wir die Rahmenbedingungen besprechen und Ihnen ein attraktives Angebot erstellen.