Baulicher Brandschutz

Der Oberbegriff „Brandschutz“ vereint alle Maßnahmen, welche der Vermeidung bzw. Ausbreitung eines Brandes dienen und die Rettung von Menschen und Tieren sowie wirksame Löscharbeiten ermöglichen. Bei Regelbauten können die Schutzziele des Brandschutzes im Allgemeinen bereits durch bauliche Maßnahmen (baulicher Brandschutz) allein erreicht werden. 

Für den Nachweis von Bauteilen im Brandfall konnte die mb WorkSuite bereits in der Vergangenheit dem Tragwerksplaner viele starke Bemessungsoptionen in den Bereichen Stahlbeton-, Stahl-, Holz- und Verbundbau zur Verfügung stellen. Bei der Planung und Entwicklung der mb WorkSuite 2024 stand das Thema „baulicher Brandschutz“ im Mittelpunkt.

In dieser Version wurden Lücken in der Nachweisführung geschlossen und wertvolle Weiterentwicklungen ergänzt, um die Durchgängigkeit des Brandschutzes in der gesamten mb WorkSuite zu gewährleisten.

Für die Bemessung von Stützen und Trägern im Brandfall stellt die DIN EN 1995-1-2 zwei Bemessungsverfahren zur Verfügung:

• Methode mit reduzierten Eigenschaften
• Methode mit reduziertem Querschnitt

Die "Methode mit reduzierten Eigenschaften" kann bei Rechteckquerschnitten aus Nadelholz, die dem Feuer an drei oder vier Seiten ausgesetzt sind, angewendet werden. Der Nachweis wird am reduzierten Restquerschnitt geführt, welcher sich durch die Brandbeanspruchung ergibt.

Die "Methode mit reduziertem Querschnitt" bietet ein breiteres Einsatzgebiet. Die Wahl der Beflammung kann frei gewählt werden und die Auswahl der Holzmaterialien ist nicht auf Nadelholz beschränkt. Bei dieser Methode sind gegenüber der „Methode mit reduzierten Eigenschaften“ höhere Sicherheitsreserven beim Bauteilwiderstand zu erwarten. Der vereinfachte Nachweis wird am ideellen Querschnitt geführt.

Sollen Holzständerwände in Regelbauten der Gebäudeklasse 4 als hochfeuerhemmende Bauteile eingesetzt werden, wird zum Schutz der Wände eine Brandschutzbekleidung aus nichtbrennbaren Baustoffen gefordert. Um die gestellten Brandschutzanforderungen zu erfüllen, wird eine Zuordnung zu einem geprüften Konstruktionsaufbau nötig. Diese Konstruktionsaufbauten werden in Prüfzeugnissen von Herstellern oder in der DIN 4102-4 definiert. Für das BauStatik-Modul „S423.de Holzständerwand“ stehen folgende klassifizierte Wandaufbauten zur Verfügung:

• DIN 4102-4
• Knauf Prüfzeugnisse Nr. P-SAC02/III-668 (Klassifizierung nach DIN 4102-4)
• P-SAC02/III-599 (Klassifizierung nach DIN EN 13501)
• P-SAC02/III-392 (Klassifizierung nach DIN EN 13501)

Brettsperrholz-Elemente besitzen durch den kreuzweise verpressten und verleimten Lagenaufbau ein sehr hemmendes und kontrolliertes Abbrandverhalten und dürfen im mehrgeschossigen Holzbau eingesetzt werden. Neben der Nachhaltigkeit macht dieser Umstand diesen Baustoff für den modernen Hochbau sehr beliebt.

Die Brandschutzbemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeit erfolgt mithilfe der „Methode mit reduziertem Querschnitt“ (DIN EN 1995-1-2, Abs. 4.2.2) und ist in folgenden Modulen verfügbar:

• S204.de Holz-Decke, Holzwerkstoffe
• S422.de Holz-Wand, Brettsperrholz
• S854.de Brettsperrholz-Querschnitte erzeugen und nachweisen

Bei steigender Gebäudeklasse wächst auch die Höhe und die Komplexität der baulichen Anlagen, wodurch der Einsatz von MicroFe als leistungsstarkes FE-System bei der Tragwerksplanung erforderlich werden kann. Daher ist es sinnvoll, die Nachweisführung der Tragfähigkeit im Brandfall ebenfalls in den folgenden MicroFe-Bemessungsmodulen anzubieten:

• M322.de Scheibentragwerke aus Brettsperrholz
• M332.de Plattentragwerke aus Brettsperrholz
• M342.de Schalentragwerke, Faltwerke aus Brettsperrholz

In MicroFe können neben Brettsperrholz (BSP) auch Furnierschichtholz, Sperrholz, OSB-Platten sowie kunstharzgebundene Spanplatten für die Berechnung und Bemessung im Kalt- und Brandfall genutzt werden.

Für Holzwerkstoffe stehen folgende Erweiterungsmodule in MicroFe 2024 zur Verfügung:

• M333.de Plattentragwerke aus Holzwerkstoff (für M100.de MicroFe 2D-Platte)
• M323.de Scheibentragwerke aus Holzwerkstoff (für M110.de MicroFe 2D-Scheibe)
• M343.de Schalentragwerke, Faltwerke aus Holzwerkstoff (für M120.de MicroFe 3D-Faltwerk)
• M358.de Aussteifungstragwerke aus Holzwerkstoff (M130.de MicroFe 3D-Aussteifung)

Die in DIN EN 1995-1-2 angebotenen Regelungen zum Nachweis von Holzverbindungen im Brandfall gelten für zweischnittige, symmetrische Holz-Holz-Verbindungen sowie für Nägel, Schrauben, Bolzen, Stabdübel und Dübel besonderer Bauart nach DIN EN 912. Ähnlich wie bei Holzbauteilen wird zwischen zwei Methoden unterschieden:

• vereinfachte Regeln
• Methode mit reduzierter Beanspruchung

In der mb WorkSuite unterstützen folgende Module den Nachweis von Verbindungen im Brandfall nach der „Methode mit reduzierter Beanspruchung“:

• S100.de Holz-Dachsystem
• S112.de Holz-Sparren, seitlich verstärkt
• S131.de Holz-Koppelpfette in Dachneigung
• S141.de Holz-Kopfbandbalken
• S180.de Holz-Kehlbalkenanschluss
• S341.de Holz-Träger, zusammengesetzte Querschnitte
• S406.de Holz-Stütze, zusammengesetzte Querschnitte
• S730.de Holz-Verbindungen, mechanisch
• S732.de Holz-Fachwerkknoten
• S750.de Holz-Rahmenecke mit Dübelkreis
• S751.de Holz-Verbindungen, biegesteif

Die Grundlage für die Nachweise im Brandfall bewehrter und unbewehrter tragender Wände bildet das tabellarische Verfahren nach DIN EN 1992-1-2, Absatz 5.4. In den Bemessungstabellen sind, in Abhängigkeit der Feuerwiderstandsklasse, Mindestwerte für die Querschnittsabmessungen und Achsabstände der Bewehrung angegeben. Für belastete Stahlbetonwände geht außerdem der Lastausnutzungsfaktor mit ein.

Die Nachweisführung der Tragfähigkeit im Brandfall steht im Rahmen der folgenden Stahlbeton-Wand-Module zur Verfügung:

• S440.de Stahlbeton-Wand
• S441.de Stahlbeton-Wand, unbewehrt
• S442.de Stahlbeton-Aussteifungswand
• S443.de Stahlbeton-Aussteifungswand, Erdbebenbemessung
• S550.de Stahlbeton-Kellerwand
• S551.de Stahlbeton-Kellerwand, unbewehrt

Für die brandschutztechnische Bemessung von Stützen aus Stahlbeton werden die Nachweisverfahren nach DIN EN 1992-1-2 genutzt. Für das vereinfachte Bemessungsverfahren (Level 1) wird Methode A nach Abschnitt 5.3.2 verwendet.

Hier werden mithilfe der Tabelle 5.2a die Mindestbreite und Mindestachsabstände der Bewehrung, abhängig von der benötigten Feuerwiderstandsklasse, festgelegt. Alternativ kann nach Gleichung 5.7 die Feuerwiderstandsdauer in Abhängigkeit der Lastausnutzung, dem Achsabstand und der Anordnung der Längsbewehrung, der Stützenlänge sowie den Querschnittswerten rechnerisch ermittelt werden.

Das vereinfachte Verfahren (Level 1) ist in folgenden Modulen verfügbar:

• S401.de Stahlbeton-Stütze, Verfahren mit Nennkrümmung
• S402.de Stahlbeton-Stütze, Verfahren mit Nennkrümmung und numerisches Verfahren
• U411.de Stahlbeton-Stützensystem

Ergänzend zum vereinfachten Verfahren (Level 1) steht das allgemeine Rechenverfahren (Level 3) gemäß DIN EN 1992-1-2, Abschnitt 4.3 zur Verfügung. Dabei wird das Trag- und Verformungsverhalten der Bauteile unter voller oder lokaler Brandbeanspruchung numerisch berechnet. Dieses Verfahren ist zusätzlich zum vereinfachten Nachweis für folgende Module verfügbar:

• U403.de Stahlbeton-Stütze mit Heißbemessung (Krag- und Pendelstütze)
• U412.de Stahlbeton-Stützensystem mit Heißbemessung (Krag-, Pendel- und allg. Stütze)

Im Rahmen einer Querschnittsbemessung im Brandfall ist das Allgemeine Rechenverfahren (Level 3) im Modul „U853.de Stahlbeton Querschnitte, Analyse im Brandfall“ verfügbar.

Für Träger kann der vereinfachte brandschutztechnische Nachweis (Level 1) auf tabellarischen Daten genutzt werden. Diese sind in DIN EN 1992-1-2, Tabelle 5.5 für statisch bestimmt gelagerte und in Tabelle 5.6 für statisch unbestimmt gelagerte Balken zu finden. Die so bestimmten Mindestmaße zur benötigten Bauteilklassifizierung werden dann mit den vorhandenen Abmessungen abgeglichen. Folgende Module unterstützen das vereinfachte Bemessungsverfahren:

• S340.de Stahlbeton-Durchlaufträger, veränderliche Querschnitte, Öffnungen
• S350.de Stahlbeton-Fertigteilträger
• U362.de Spannbettbinder

In einem Massivbau gelten Stahlbetonbauteile ohne zusätzliche Maßnahmen als nicht brennbar und beständig gegen Schwelbrände. Sie erreichen gegenüber anderen Baustoffen verhältnismäßig einfach hohe Feuerwiderstandsklassen, was sie für den Einsatz in großen baulichen Anlagen, die in der Regel mithilfe FE-Unterstützung berechnet werden, interessant macht. Mit der mb WorkSuite kann die Bemessung der Stahlbeton-Geschossdecken durch Überprüfung der Brandschutzanforderungen genutzt werden. Die Bemessung wird nach DIN EN 1992-1-2 durchgeführt und erfasst die Mindestabmessungen, die Achsabstände sowie die Spannweitenverhältnisse. Der Brandnachweis für Stahlbeton-Platten steht für Geschossdecken in den folgenden FE-Modelltypen zur Verfügung:

• MicroFe 2D Platte – Stahlbeton Plattensystem (M100.de)
• MicroFe 3D Geschossbau – Stahlbeton-Faltwerksystem (M120.de + M440)

Stahl gilt als nicht brennbarer Baustoff, jedoch nimmt seine Festigkeit beim Überschreiten einer kritischen Temperatur von ca. 500° stark ab. Nach der Einheits-Temperaturzeitkurve (ETK) (DIN 4102-2) ist diese bereits nach ungefähr 5 Minuten erreicht. Soll eine zu schnelle Erwärmung verhindert werden, besteht die Möglichkeit, die Stahlbauteile mit einer brandschutztechnisch wirksamen Bekleidung zu schützen. Die Dimensionierung erfolgt auf Grundlage von Verwendbarkeitsnachweisen.

Nachfolgende Bekleidungen bzw. Schutzanstriche sind mithilfe des Modul „S872.de Stahl-Brandschutzbekleidung“ dimensionierbar:

• PROMATECT-H und -L
  - Konstruktion 415 für Stahlstützen
  - Konstruktion 445 für Stahlunterzüge
• KNAUF Fireboard
  - K252.de für Stahlunterzüge
  - K253.de für Stahlstützen
• PROMAPAINT
  - Konstruktion 445.50 für Stahlbauteile
• Sika Pyroplast ST-100

Soll beim Brandschutz auf zusätzliche Bekleidung verzichtet werden, ist feuerverzinkter Stahl eine gute Option. Er zeichnet sich durch ein langsameres Erwärmungsverhalten aus, was eine deutlich geringere Abnahme der Festigkeit bei erhöhten Temperaturen gegenüber herkömmlichen Baustählen bedeutet. Beim rechnerischen Nachweis werden zunächst die Werkstoffeigenschaften entsprechend der Bauteiltemperatur für den zu untersuchenden Zeitpunkt t ermittelt, um anschließend die Querschnittstragfähigkeit zu bestimmen. Diese wird im Rahmen des Nachweises mit der Querschnittsbeanspruchung unter der außergewöhnlichen Lastkombination „Brand“ verglichen.

Der Nachweis im Brandfall nach DIN EN 1993-1-2 für schwarzen oder verzinkten Stahl kann mithilfe der folgenden Modulen erfolgen:

• S321.de Stahl-Durchlaufträger, Doppelbiegung, Torsion
• S855.de Stahl-Querschnitte, Nachweise im Brandfall
• U414.de Stahl-Stützensystem
• M740.de Stahl-Nachweise im Brandfall (für M700.de EuroSta.stahl-Basismodul, ebenes System)

Im Mauerwerksbau erfolgt die Tragwerksbemessung im Brandfall nach DIN EN 1996-1-2 in Verbindung mit dem zugehörigen nationalen Anhang DIN EN 1996-1-2/NA:2013-06. Abhängig von der Ausnutzung des maßgebenden Mauerwerksabschnitts unter Brandbeanspruchung werden mithilfe von Tabellen Mindestdicken und Mindestbauteillängen ermittelt.

Die Einteilung in eine Feuerwiderstandsklasse nach DIN EN 13501-2 ist für folgende Wandtypen im BauStatik-Modul „S421.de Mauerwerk-Wand, Erdbeben- und Heißbemessung“ möglich:

• tragende, raumabschließende Wände (REI)
• tragende, nichtraumabschließende Wände (R)
• tragende, nichtraumabschließende Pfeiler und Wände, Länge < 1,0 m (R)
• tragende, raumabschließende Brandwände (REI-M)

Brandschutzplanung bedeutet in erster Linie die Umsetzung bauordnungsrechtlicher und anderer öffentlicher Vorschriften. Dafür wird ein Brandschutzkonzept erarbeitet, welches wichtige Anforderungen mithilfe der Feuerwiderstandsklassen und der Brennbarkeit von Baustoffen (Baustoffklassen) ausdrückt.

Diese Vorgaben sollten bereits frühzeitig in der Entwurfsplanung berücksichtigt werden, so dass keine unverrückbaren Randbedingungen geschaffen werden, die einen wirtschaftlichen Brandschutz unmöglich machen.

Aufgrund der hohen Bedeutung der Bauteilklassifizierung im Brandschutz beginnt deren Verwaltung bereits im ProjektManager. Im Register „Start“ ermöglicht die neue Schaltfläche „Feuerwiderstandsklassen“ eine zentrale Definition.