Stahlkonstruktionen und Designfragen

Von Bob Glendenning, Global Fire Engineering Manager

Einschlägige Brandschutztechnik

In dem Maße, in dem Architekten und Designer den Einsatz von Stahl in komplexen modernen Konstruktionen immer flexibler gestalten, muss auch die Brandschutztechnik damit Schritt halten.

Angesichts dieser Entwicklung wird die vorrangige Notwendigkeit, die Sicherheit von Menschenleben und Vermögenswerten zu gewährleisten, nicht geringer, sondern schwieriger.

In modernen Gebäuden werden heute Kassettenbalken verwendet, um die Versorgungsleitungen in der Tiefe des Stahlträgers zu integrieren und nicht darunter. Mehrere Öffnungsformen und -konfigurationen tragen auch dazu bei, Mietflächen in Etagen mit mehreren Nutzungen und Mietern zukunftssicher zu machen, während integrierte Dienstleistungen eine reduzierte Bodenfläche ermöglichen.

Bei einem mittelhohen oder hohen Bauwerk könnte diese reduzierte Zone entweder die Gebäudehöhe verringern oder die Einführung eines zusätzlichen Raums für die Vermietung ermöglichen.

Die Komplexität des Brandverhaltens von Kassettenbalken, insbesondere bei großen rechteckigen oder langgestreckten Öffnungen, hat bei der Beschichtung dieser Strukturen zu einem neuen Ansatz geführt.

Als Ergebnis gibt es jetzt eine technische Spezifikation in Form eines neuen Dokuments, RT1356, das von der Association of Specialist Fire Protection (ASFP) in Auftrag gegeben wurde und sich insbesondere mit Kassettenbalken und der Möglichkeit befasst, auch nicht kreisförmige Löcher zu berücksichtigen. Diese ersetzt RT1187, das inzwischen zurückgezogen wurde.

Da sich die Öffnungen in den Balken ändern, ob sie nun kreisförmig sind oder andere Formen aufweisen, ändert sich auch die Tragfähigkeit des Balkens.

Genaue Berechnung

Jede Stahllänge sollte individuell behandelt werden, um eine genaue Berechnung der erforderlichen Schichtdicke der Beschichtung zu gewährleisten,  da die Spannweite des Balkens sowie die Bodenkonstruktion die Tragfähigkeit des Balkens im Brandfall und damit die Schutzanforderungen stark beeinflussen können.

Wenn dies aus Gründen der Zeit- und Kostenersparnis in Frage gestellt oder zu sehr vereinfacht wird, kann dies letztendlich zu gefährlichen Ergebnissen führen.

Das Schutzniveau eines Gebäudes, in dem sich viele Menschen aufhalten, muss in einem angemessenen Verhältnis zur Struktur stehen. Wenn dies nicht der Fall ist, könnte die Zeit, die der Schutz den Rettungsdiensten im Falle eines echten Brandes zur Verfügung stellt, durch die möglicherweise deutlich geringere Tragfähigkeit des Stahls verkürzt werden, was die sichere Evakuierung von Menschen gefährden würde.

Bei Sherwin-Williams haben wir eine eigene Software entwickelt, um sicherzustellen, dass diese Berechnungen spezifisch und messbar sind.

Die Software des neuen Firetex Design Estimator 2.0 (FDE) bietet erstmals die Möglichkeit, Berechnungen für alle Formen von Öffnungen innerhalb von Kassettenbalken sowie eine effiziente Handhabung von ungefüllten Hohlräumen bei trapezförmigen profilierten Metalldeckensystemen durchzuführen.

Weitere Vorteile dieses Pakets sind die gemeinsame Nutzung von Projekten sowie Designs nach den neuen Eurocodes. Die FDE wird von unabhängiger Seite geprüft und im Rahmen des Exova Certifire-Programms vollständig verifiziert und im Falle von Kassetten- und Brandschutzbalken zusätzlich von der University of Manchester verifiziert.

Das Schätz- und Designtool bietet auch dann Unterstützung, wenn eine Grenztemperatur festgelegt wurde, was z. B. nützlich ist, wenn ein Kunde mit einem Brandschutzberater zusammenarbeitet.

Zusätzliche Funktionen bieten dem Benutzer die Möglichkeit, die Einstellungen auf seine individuellen Anforderungen anzupassen, geografische Unterschiede zu wählen und die gewünschten Produktprüfungscodes festzulegen.

Die Vorteile der bewährten Verfahren in der Brandschutztechnik können als integriertes Maßnahmenpaket innerhalb der FDE betrachtet werden, das darauf abzielt, den größtmöglichen Nutzen aus den verfügbaren Methoden zur Verhütung, Bekämpfung oder Begrenzung der Brandfolgen zu ziehen.

Überspezifiziert

Manch einer in der Lieferkette mag sich fragen, warum Stahlteile für neue Gebäude – ob es sich nun um einen Träger, eine Stütze oder eine Verstrebung handelt – im Hinblick auf ihre Tragfähigkeit im Auslegungszustand zu hoch spezifiziert und zu wenig ausgenutzt werden.

In der Praxis ermöglicht dieser leistungsbezogene Ansatz den Designern, unterschiedliche Lasten zu berücksichtigen, die in verschiedenen Teilen eines Gebäudes aus verschiedenen Gründen verwendet werden, anstatt den „Einheitsansatz“, der Lasten und Toleranz voraussetzt.

Der Trend, bei den komplexen Gebäuden von heute für jeden Stahlabschnitt Lasten vorauszusetzen, die weit unter den tatsächlichen Werten der leistungsbasierten Modellierung liegen, und so Einsparungen beim Brandschutz zu erzielen, ist in der Tat gefährlich.

Dieses Problem wird immer komplexer, da die Designer immer größere Spannweiten einkalkulieren und der Druck, mehr Vermietungsfläche zu schaffen, immer stärker wird.

Mit mehr Öffnungen und weniger Säulen steigt auch die Flexibilität der Gebäude, um den heutigen Nutzungsanforderungen gerecht zu werden, wobei viele neue Stahlkonstruktionen sowohl gewerbliche Nutzung als auch Wohnen, Einzelhandel und Freizeit in ein und demselben Gebäude ermöglichen.

Aufgrund des zunehmenden Wissens darüber, wie sich reale Gebäude im Brandfall verhalten, haben viele Behörden erkannt, dass eine Verbesserung des Brandschutzes in vielen Fällen möglich ist.

Durch den Einsatz moderner Brandschutzkonzepte lassen sich bei fachgerechter Anwendung Einsparungen erzielen, die einen wesentlichen Beitrag zu einem sicheren und kostengünstigen Projekt leisten können.

Es liegt in der Verantwortung des Brandschutzexperten den richtigen Nutzungsgrad der Stahlumgebung und damit das angemessene Schutzniveau festzulegen.

Im Mittelpunkt des Brandschutzes steht die Sicherheit. Unabhängig davon, wie komplex und anspruchsvoll die Gebäude sind, darf es beim Schutz von Leben und Eigentum keine Kompromisse geben.