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Forschungsbericht: Kriterien fuer die Beurteilung des Sicherheitsniveaus tragender Stuetzen bei Brandbeanspruchung

Kriterien fuer die Beurteilung des Sicherheitsniveaus tragender Stuetzen bei Brandbeanspruchung
W. Klingsch, M. Kersken-Bradley, H. Witte
1986, 80 S.
Fraunhofer IRB Verlag

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Inhalt

Bei der Pruefung des Brandverhaltens von Stuetzen nach DIN 4102,2 fehlten bislang definierte Aussagen zu den Lagerungsbedingungen. Dies fuehrte in der Vergangenheit zur Festlegung von Pruef-Kriterien den jeweiligen Stuetzenarten individuell zugeordnet. Hierdurch war eine einheitliche und vergleichbare Beurteilungsbasis zur brandschutztechnischen Klassifizierung von Stuetzen nicht mehr gegeben. Zusaetzlich wurde auf der Basis von experimentellen und numerischen Untersuchungen festgestellt, dass die Ist-Feuerwiderstandsdauer von Stahlbeton-Stuetzen deutlich unter den entsprechenden Soll-Werten liegen kann, sofern keine ausreichend abgesicherte einheitliche Beurteilungsbasis geschaffen wird. In dieser Forschungsarbeit wurden einheitliche, probabilistisch abgesicherte Beurteilungskriterien fuer die brandschutztechnische Klassifizierung von Stuetzen bauartenabhaengig formuliert. Das erarbeitete Beurteilungskonzept bestaetigt das gute reale Brandverhalten von Stahlbetonstuetzen und ermoeglicht bei anderen Stuetzen eine graduelle Verbesserung bei der brandschutztechnischen Klassifizierung. Das Ergebnis der Untersuchungen wird in einem Vorschlag fuer die brandschutztechnische Pruefung tragender Stuetzen nach DIN 4102 und fuer deren rechnerische Beurteilung zusammengefasst. (-z-)

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Forschungsberichte

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Bewertung von neuen Bemessungstabellen für Stützen im Zuge der Novellierung von EN 1992-1-2. Abschlussbericht

Jochen Zehfuß, Dominik Felix, Matthias Siemon
Bewertung von neuen Bemessungstabellen für Stützen im Zuge der Novellierung von EN 1992-1-2. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3354
2018, 46 S., 28 Abb. u. 1 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

In Eurocode 2 Teil 1-2 sind aktuell drei tabellarische Bemessungsverfahren für die Brandschutzbemessung von Stützen enthalten: Methode A, Methode B und Anhang C. Im Nationalen Anhang des Eurocodes Teil 1-2 wurde für Deutschland nur die Anwendung von Methode A zugelassen, da sowohl Methode B als auch Anhang C auf der unsicheren Seite liegende Werte liefern können. Weiterhin ist im Nationalen Anhang ein Bemessungsverfahren für Kragstützen enthalten. Das in der CEN/TC 250/SC 2/WG 1/TG 5 vorgestellte vereinfachte Verfahren soll alle drei vorgenannten Methoden ersetzen und auch für die brandschutztechnische Bemessung von Kragstützen geeignet sein. Es soll als "universelles Stützenbemessungsverfahren" in die überarbeitete Version des EC 2-1-2 einfließen. Aufgrund der Komplexität der Stützenbemessung im Brandfall waren jedoch bisher mehrere Bemessungsmethoden in EC 2-1-2 enthalten. Es besteht die Gefahr, dass ein "universelles Stützenbemessungsverfahren" auf Basis eines vereinfachten Verfahrens in Teilbereichen unsichere Ergebnisse und/oder unwirtschaftliche Ergebnisse liefert.

Langzeit-Kriechverhalten von XPS Dämmstoffen unter Druckbeanspruchung nach DIN EN 1606 - Rundversuch. Abschlussbericht

Wolfgang Albrecht, Stefan Kutschera
Langzeit-Kriechverhalten von XPS Dämmstoffen unter Druckbeanspruchung nach DIN EN 1606 - Rundversuch. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3303
2014, 35 S., Abb., Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

Im Jahr 2007 wurden im ersten Teil des Forschungsvorhabens die wesentlichen Einflussfaktoren für die Auswahl der Probekörper und die Probenvorbereitung von EPS-Proben bestimmt. Deutlich komplexer stellt sich das Bild bei extrudierten Polystyrol-Hartschaum-Dämmstoffen (XPS) dar. Um dem DIBt und den Sachverständigenausschüssen gesicherte Grundlagen und Beurteilungskriterien zur Verfügung zu stellen, wurden folgende Versuchsreihen durchgeführt: - Vorversuche über die Einflussfaktoren auf das Langzeit-Kriechverhalten von XPS-Dämmstoffen, - Rundversuch Langzeit-Kriechverhalten von XPS-Dämmstoffen unter Druckbeanspruchung nach DIN EN 1606. Die Vorversuche wurden im Bericht FO-5-09 Zwischenbericht XPS Langzeitkriechverhalten ausführlich beschrieben. Um den vielfältigen Einflussfaktoren gerecht zu werden, wurde das Kurzzeit-Druckverhalten an Proben eines Herstellwerkes in den Dicken 80 mm, 120 mm und 160 mm verfolgt. Das Verhalten bei Druckbeanspruchung wurde nach Dicke zeitlich gestaffelt an drei Zeitpunkten (nach 45, 90 und 180 Tagen) gemessen und gegen die Zeit aufgezeichnet (Ergebnisse siehe FIW-Prüfbericht Nr. L 1-10-130). Anschließend fand ein Rundversuch zum Kriechverhalten über 10.000 Stunden statt. An dem Rundversuch beteiligten sich vier deutsche Prüfinstitute und vier europäische Industrielabore. Aus den Prüfergebnissen der beteiligten Labore werden die Mittelwerte, die Streuungen und die Unsicherheit der Ergebnisse ermittelt. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens geben der Bauaufsicht mehr Sicherheit bei der Beurteilung von Messwerten und bei der Festlegung von deutschen Sicherheitsstandards bei der Umsetzung von europäischen Normen und Regelwerken.

Dietmar Hosser, Ekkehard Richter
Erweiterung der DIN 4102-22, Tabelle 31 auf Stützen aus hochfestem Beton bis zur Festigkeitsklasse C80/85
Bauforschung, Band T 3243
2010, 37 S., 17 Abb., 15 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Der brandschutztechnische Nachweis von unbekleideten Stahlbetonstützen des normalen Hochbaus bei mehr- und einseitiger Normbrandbeanspruchung (ETK) erfolgt nach DIN 4102 Teil 22, Tabelle 31. Die Mindestquerschnittsabmessungen in Tabelle 31 wurden für Normalbeton bis zur Festigkeitsklasse C50/60 nachgewiesen, der Nachweis für Stützen aus hochfestem Beton fehlt. Ein entsprechender Nachweis ist erforderlich, da nach DIN 4102-4/A1, Abschnitt 3.1 die Tabelle 31 auch für Stützen aus hochfestem Beton gilt, wobei für Stützen mit Querschnittsmaßen h kleiner 400 mm und einer Schlankheit größer 20 oder h kleiner 400 mm und einer bezogenen Lastausmitte e/h ? 1/6 zusätzliche Maßnahmen zur Begrenzung von zerstören-den Betonabplatzungen gefordert werden, z. B. der Einbau einer oberflächennahen Brand-schutzbewehrung oder Vorkehrungen in Form betontechnologischer Maßnahmen. Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurde untersucht, ob Tabelle 31 ohne Änderungen für Stützen aus hochfesten Beton bis zur Festigkeitsklasse C80/95 angewendet werden kann oder ob die Mindestquerschnittsabmessungen und Mindestachsabstände vollständig oder in Teilen neu berechnet werden müssen.

Erarbeitung von Anwendungskriterien für das vereinfachte Rechenverfahren (Zonenmethode) nach DIN EN 1992-1-2. Schlussbericht

Konrad Zilch, Andre Müller, Claudia Reitmayer
Erarbeitung von Anwendungskriterien für das vereinfachte Rechenverfahren (Zonenmethode) nach DIN EN 1992-1-2. Schlussbericht
Bauforschung, Band T 3233
2010, 45 S., 47 Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

In der DIN EN 1992-1-2 sind vereinfachte Rechenverfahren zur Stützenbemessung im Brandfall geregelt. In Deutschland liegen vor allem Erfahrungswerte in der Anwendung des vereinfachten Rechenverfahrens mit Diagrammen vor. Die Zonenmethode weist hingegen den Vorteil auf, dass sie auf Basis der mechanischen Grundlagen und der Biegebetrachtung hergeleitet wurde. Bei dieser Methode herrscht jedoch bezüglich der Anwendung bei Stützen noch Unsicherheit darüber, inwiefern der Anwendungsbereich gegebenenfalls einzuschränken ist. Auf Grund dessen hatte dieses Forschungsvorhaben zum Ziel, die Anwendungssicherheit der Zonenmethode in Abhängigkeit verschiedener Eingangsgrößen zu überprüfen. Hierfür wurde die Zonenmethode dem allgemeinen Rechenverfahren nach DIN (V) EN(V) 1992-1-2 mittels Durchführung einer Parameterstudie gegenübergestellt. Parametrisiert wurde eine Kragstütze hinsichtlich der Belastung, der Stützenschlankheit und der Beflammungsart (vierseitig und dreiseitig) für die Feuerwiderstandsklasse R 90. Basierend auf einem Ergebnisabgleich der beiden Rechenverfahren konnte festgestellt werden, dass für das vereinfachte Rechenverfahren unter Ansatz einer Mindest-Lastausmitte die Anwendungssicherheit gewährleistet werden konnte. Unter Beachtung dieses Kriteriums stellte das Zonenverfahren somit in Abhängigkeit der untersuchten Eingangsgrößen ein geeignetes Verfahren zur brandschutztechnischen Bemessung von Stützen dar.

Anpassung der Mindestquerschnittsabmessungen von Stahlbetonstützen in Tabelle 31 von DIN 4102-4 bei Bemessung der Stützen nach DIN 1045-1 (07.01). Schlussbericht

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Anpassung der Mindestquerschnittsabmessungen von Stahlbetonstützen in Tabelle 31 von DIN 4102-4 bei Bemessung der Stützen nach DIN 1045-1 (07.01). Schlussbericht
Bauforschung, Band T 3111
2006, 46 S., 36 Abb., 6 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

In der Praxis wird die Anwendung von DIN 4102-22 in Verbindung mit DIN 4102-4 und DIN 4102-4/A1 für die brandschutztechnische Bemessung von Stahlbetonstützen, die nach DIN 1045-1 bemessen sind, als Erschwernis gegenüber der bisherigen DIN 4102-4 in Verbindung mit DIN 1045, Ausgabe Juli 1988 empfunden. Um die aufgetretenen Probleme bei der brandschutztechnischen Bemessung von Stahlbetonstützen zu überwinden, wurden im vorliegenden Forschungsvorhaben Mindestquerschnittsabmessungen b tief min und Mindestachsabstände a von Stahlbetonstützen, ausgehend von einer Bemessung nach DIN 1045-1, neu ermittelt. Sie ersetzen die Werte in Tabelle 31 von DIN 4102-4, die auf Grundlage der "alten" DIN 1045 festgelegt wurden. Die Mindestquerschnittsabmessungen wurden für die Feuerwiderstandsklassen R 30, R 60, R 90, R 120 und R 180 in Abhängigkeit der Lastausnutzungsfaktoren alpha tief 1 = 0,2, alpha tief 1 = 0,5 und alpha tief 1 = 0,7 bestimmt. Mit dem Lastausnutzungsfaktor alpha tief 1 wird die maximale Beanspruchung im Brandfall erfasst. Der Lastausnutzungsfaktor alpha tief 1 stellt jetzt das Verhältnis des Bemessungswertes der Längskraft im Brandfall N tief Ed.fi zum Bemessungswert des Bauteilwiderstandes bei Normaltemperatur N tief Rd dar. Die tabellierten Stützenquerschnitte wurden abschließend mit Bemessungen nach dem aktuellen Brandschutzteil des Eurocodes 2 der prEN 1992-1-2, programmgesteuert berechneten Feuerwiderstandsdauern sowie Ergebnissen von 82 Brandversuchen verglichen. Aufgrund der guten Übereinstimmung mit Ergebnissen von genaueren Berechnungen und Versuchen können die neuen Mindestquerschnittsabmessungen als abgesicherte Grundlage für eine brandschutztechnische Bemessung von Stahlbetonstützen in Verbindung mit DIN 1045-1 angesehen werden.

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Zeitschriftenartikel

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Zehfuß, Jochen; Sander, Lisa
Vereinfachtes Bemessungsverfahren für thermische Einwirkungen von Stützen in Stahlbauweise
Stahlbau, 2019

Richter, Ekkehard; Zehfuß, Jochen
Müssen Imperfektionen bei der Bemessung von brandbeanspruchten Stahlbetonstützen berücksichtigt werden?
Beton- und Stahlbetonbau, 2019

Kloft, Harald; Empelmann, Martin; Oettel, Vincent; Ledderose, Lukas
Production of the first concrete and reinforced concrete columns by means of 3D printing with concrete
BFT International, 2019

Käseberg, Stefan; Hoffmann, Lars; Holschemaeher, Klaus
Aktivierung von rechnerischen Tragfähigkeitsreserven bei Stahlbetonstützen
Konstruktiver Ingenieurbau KI, 2019

Minnert, Jens; Wolff, Daniel
Bemessung und Konstruktion von stumpf gestoßenen Stahlbetonstützen
Konstruktiver Ingenieurbau KI, 2019

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