Feuerwiderstandsklasse (Teil 2)

Welche Normen sind wichtig für die Feuerwiderstandsklasse?

Im ersten Teil des Beitrags haben wir über einige Grundlagen zur Feuerwiderstandsklasse gesprochen. In diesem Artikel vertiefen wir das Thema.

Die Musterliste der Technischen Baubestimmungen des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) regelt, welche Normen in Deutschland gültig sind. Die aktuelle Liste mit Stand von 2014 führt sowohl die "alten" nationalen Normen als auch die aktuellen europäischen Normen zum Brandschutz auf:

Fachleute brachten die DIN 4102 im Jahr 2016 auf den neuesten technischen Stand. Das war also nachdem die Bauaufsicht die Eurocodes im Jahr 2012 einführte. Sie berieten sich auch darüber, ob die nationale Norm zurückgezogen werden soll. Die Praxis war dagegen und so entschied der Ausschuss, die Norm zu behalten. Er achtete darauf, dass die DIN 4102 die Eurocodes ergänzt. So enthält sie konstruktive Details, die in den Eurocodes fehlen. Es gibt aber keine doppelten Regelungen, weil dies bauaufsichtlich unzulässig wäre. Wie lange die nationale Norm DIN 4102 und die europäischen Normen nebeneinander existieren? Das ist bislang unklar.

Für meine eigenen Nachweise nutze ich die Brandschutzteile der Eurocodes, um Bauteile für den Brandfall nachzuweisen (also z.B. EN 1993-1-2 für den Nachweis einer Stahlstütze).

Ist jedes Material gut geeignet, um eine Feuerwiderstandsklasse zu erreichen?

Welche Materialeigenschaften sind dafür wichtig?

Sie können mit jedem Material eine Feuerwiderstandsklasse erreichen. Manche Materialien weisen von sich aus bereits einen hohen Feuerwiderstand auf, andere sind viel empfindlicher, was Hitze angeht. Lassen Sie uns einen kurzen Blick werfen auf die wichtigsten Eigenschaften der Materialien im Brandfall.

Die Wärmeleitfähigkeit bei hohen Temperaturen ist ganz entscheidend für die Feuerwiderstandsklasse. Wenn ein Baustoff die Wärme schlecht leitet, bleiben je nach Branddauer Anteile im Inneren des Querschnitts "kühl" und tragfähig. Im Gegensatz dazu verlieren die äußeren erwärmten Anteile schnell an Festigkeit und Steifigkeit.

Auch die spezifische Wärmekapazität spielt eine große Rolle. Die ist Ihnen aus der Küche bekannt. Wie ich das meine? Wenn Sie einen Topf Wasser auf dem Herd erwärmen, dauert es ja eine Weile, bis es zu brodeln anfängt. Sie müssen dem Wasser also zunächst Energie zuführen, um es zu erwärmen. Je mehr Energie Sie dafür benötigen, einen Stoff um ein Grad Celsius zu erwärmen, desto höher ist seine Wärmekapazität. Nehmen wir ein anderes Beispiel. Stellen Sie sich vor, es ist ein drückend heißer Sommertag. Wenn Sie gerade in der Nähe sind, ist zum Beispiel eine historische Kirche ideal, um der Hitze zu entkommen. Warum? Das liegt daran, dass die dicken Mauern viel Wärme aufnehmen können und sich verzögert erwärmen. Das ist nicht nur im Sommer eine tolle Eigenschaft, sondern auch im Brandfall.

Es gibt noch weitere nützliche Eigenschaften von Materialien im Brandfall. Da diese einzelne Materialien betreffen, diskutieren wir sie in den nachfolgenden Abschnitten beim jeweiligen Material.

Bauteile aus Stahl

Fangen wir gleich mit der Mimose unter den Materialien im Brandfall an 😉 So stark und elastisch Stahl bei Raumtemperatur ist - im Brand ist er leider sehr empfindlich. Das liegt an seiner hohen Wärmeleitfähigkeit. Stahl leitet die Wärme sehr gut. Damit erwärmen auch kurze Brände stählerne Querschnitte sehr schnell. Das führt dazu, dass Stahl schnell an Festigkeit und Steifigkeit verliert.

Anders als oft behauptet schmilzt Stahl aber erst bei Temperaturen um 1500°C. Bei Temperaturen um 785°C profitiert er übrigens davon, dass sich sein Kristallgitter umwandelt. Dieser Vorgang bindet viel Energie und verzögert die weitere Erwärmung des Querschnitts etwas.

Es gibt auch Stähle, die sich etwas günstiger verhalten bei Bränden. So hat Edelstahl im Brandfall eine geringere Wärmeleitfähigkeit. Zudem reflektiert Edelstahl die Wärme besser - hier sprechen Brandschützer von der Emissivität eines Bauteils.

Insgesamt bleibt es aber (leider) dabei. Ungeschützte Bauteile aus Stahl erreichen in aller Regel keine Feuerwiderstandsklasse. Keine Sorge, es gibt aber konstruktive Lösungen, um auch stählerne Bauteil für Brände zu rüsten.

Bauteile aus Stahlbeton

Um es kurz zu machen: Bauteile aus Stahlbeton sind für den Brandfall deutlich besser geeignet. Beton profitiert von seiner geringen Wärmeleitfähigkeit. Die ist ca. 20 Mal kleiner als die des Baustahls! Kein Wunder also, dass sich Bauteile aus Stahlbeton langsam erwärmen.

Etwas aufpassen müssen Sie mit der Bewehrung. Die besteht ja auch aus Stahl. Um sie vor der Wärme zu schützen, sehen Sie eine ausreichende Betondeckung vor. Wie viel Zentimeter das sind? Schauen Sie sich gern das Beispiel zur Betondeckung im Brandfall an.

Beton kann im Brandfall weiter punkten. Die ungebundene Feuchtigkeit im Beton beträgt je nach Umgebungsbedingungen zwischen 2% und 10%. Im Brandfall erwärmt sich das Wasser und verdampft bei 100°C. Das bindet Energie und verzögert die Erwärmung des Querschnitts.

Vorsicht jedoch bei hochfestem Beton! Die hohe Festigkeit erzielt er durch seine dichte Struktur. Im Brandfall kann der Dampf schlechter entweichen, weil der hochfeste Beton weniger Poren hat. Es baut sich dann ein Dampfdruck auf, der die Zugfestigkeit des Betons rasch überschreitet. Es kommt dann zu großen Abplatzungen, die die Bewehrung frei legen können - in diesem Fall würde eine Stütze aus Stahlbeton schnell versagen! Die Norm EN 1992-1-2 gibt deswegen verschärfte Regeln vor für die Bewehrung von hochfesten Bauteilen.

Bauteile aus Holz

Geht es noch besser? Ja, mit Holz - zumindest was die Wärmeleitfähigkeit angeht. Die ist nochmals deutlich geringer als die Wärmeleitfähigkeit des Betons. Allerdings verhält sich Holz im Brandfall anders als Stahl oder Beton. Der Brand verkohlt die äußeren Schichten des Holzes. Diese sogenannte Pyrolyse schützt das Innere des Querschnitts. Wenn die Brandtemperaturen jedoch ca. 500°C überschreiten, kommt es zu Schwindrissen im Holz. Daher betrachten wir die Wärmeleitfähigkeit von Holz eher als Näherung.

Interessiert Sie dieses Thema?

Interessiert es Sie, welchen Einfluss das Material auf den Brandschutz hat. Dann empfehle ich Ihnen diesen Beitrag, der Querschnitte aus Stahl, Stahlbeton und Holz im Brandfall vergleicht.

Was mache ich, wenn ich keine Feuerwiderstandsklasse erreiche?

Haben Sie alle Nachweismethoden oben ausgeschöpft? Von Level 1 bis Level 3? Dann haben Sie immer noch einen Ass im Ärmel. Sie können darüber nachdenken, sogenannte Naturbrände anzusetzen statt der Einheits-Temperaturzeitkurve. Ich führe zum Beispiel manchmal Nachweise für stählerne Bauteile, die ohne jeden Brandschutz auskommen. Dazu weise ich mit einer Heißbemessung nach, dass die Konstruktion dem jeweiligen Naturband widersteht. Sprechen Sie mich gern an, wenn Sie hier Bedarf haben.