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In diesem Beitrag werden die Hintergründe der DASt-Richtlinie 019 "Brandsicherheit von Stahl- und Verbundbauteilen in Büro- und Verwaltungsgebäuden" erläutert. Das Konzept basiert auf dem Verfahren der äquivalenten Branddauer und dem probabilistischen Sicherheitskonzept und setzt schutzzielorientierte Bemessungsverfahren mit Naturbrandszenarien um. Im Detail wird dargestellt, wie die Festlegungen der maßgebenden Parameter wie z. B. Sicherheitsbeiwerte und Brandbelastungen in der Richtlinie begründet sind. Ein stark vereinfachter Ansatz wird für einen bestimmten Gebäudetyp geringer Höhe verfolgt, für den keine Anforderungen an den Feuerwiderstand der Bauteile gestellt werden. In einer Parameterstudie werden exemplarisch Anforderungen an den Feuerwiderstand nach der neuen Richtlinie für unterschiedliche Gebäudegrößen und -höhen ermittelt und mit den zur Zeit gültigen Festlegungen der Landesbauordnungen verglichen. Dadurch werden die Bereiche identifiziert, in denen die neue DASt-Ri 019 Erleichterungen bringen kann.

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Im vorliegenden Beitrag wird ein neuer Ansatz für die brandschutztechnische Bemessung tragender Bauteile vorgestellt. Die differenzierte Kenntnis natürlicher Brandverläufe und ihrer maßgebenden Einflußparameter und die Entwicklung numerischer Methoden auf dem Gebiet des baulichen Brandschutzes ermöglichen eine Betrachtungsweise, die über das traditionelle Vorgehen beim Normbrandversuch hinausgeht. Der Grundgedanke ist einfach. So wie bei der Kaltbemessung die maßgebenden Einwirkungen aus der mechanischen Belastung resultieren, resultiert die maßgebende Einwirkung im Brandfall aus der Brandlast. Folgerichtig kann für ein bestimmtes Bauteil analog zur Traglast der Kaltbemessung auch eine Grenzbrandlast als diejenige Brandlast definiert werden, die bei dem Bauteil zum Versagen führt. Bei einem realen Brand bleibt die Standsicherheit der Bauteile erhalten, wenn die vorhandene Brandlast im Gebäude kleiner als die Grenzbrandlast ist. Verbundbauteile, die nach der traditionellen Methode in die Feuerwiderstandsklasse F 60 einzuordnen sind, weisen Grenzbrandlasten von mehr als 1000 MJ/m2 auf. Sie sind damit gegenüber den möglichen realen Bränden in üblichen Gebäuden widerstandsfähig. Aufbauend auf der Kenngröße "Grenzbrandlast" wird für die brandschutztechnische Bemessung von Bauteilen unter Naturbrandbeanspruchungen eine Bemessungsmethode entwickelt und dargestellt.

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Die brandschutztechnische Bemessung von kammerbetonierten Verbundstützen ist mit einfachen Klassifizierungstabellen möglich. Mit Hilfe dieser Tabellen können die Stützen in Feuerwiderstandsklassen eingeordnet werden. Sowohl die DIN 4102-4 als auch der Eurocode 4-1-2 enthalten derartige Tabellenwerke. In diesen Klassifizierungstabellen sind Mindestwerte für die Bauteilabmessung, für die Verhältnisse von Steg- zu Flanschdicke und für den Achsabstand der Bewehrung in Abhängigkeit des Lastausnutzungsgrades für die verschiedenen Feuerwiderstandsklassen angegeben. Zahlreiche kammerbetonierte Verbundstützenquerschnitte auf der Basis von Walzprofilen können aufgrund dieser erforderlichen geometrischen Randbedingungen nicht klassifiziert werden. Außerdem führt die Anwendung dieser Tabellen teilweise zu unwirtschaftlichen aber auch unsicheren Ergebnissen. Aus diesen Gründen wird in diesem Beitrag eine neue Klassifizierungstabelle für kammerbetonierte Verbundstützen vorgeschlagen. Die neue Tabelle stützt sich auf die Ergebnisse systematischer Parameterstudien mit einem allgemeinen Berechnungsmodell auf der Basis der Finite-Elemente-Methode. Ihre Anwendung führt zu einer wirtschaftlichen und vor allem zu einer sicheren Klassifizierung der kammerbetonierten Verbundstützen für den Brandfall.

Neben den herkömmlichen Methoden, den gemäß Musterbauordnung [1] und Landesbauordnung geforderten baulichen Brandschutz für Stahlkonstruktionen durch Bekleidungen oder Beschichtungssysteme zu sichern, werden immer häufiger spezielle Risikobetrachtungen und auf das jeweilige Bauwerk zugeschnittene Brandschutzkonzepte angewendet, um durch schutzzielorientiertes Denken einen maßvollen Brandschutz zu erreichen. In diesem Beitrag wird anhand ausgewählter Beispiele eine alternative Herangehensweise aufgezeigt.

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Nach einer Reihe von Gebäudebränden, allen voran der in Broadgate, in London im Jahre 1990, wurde in der Großversuchsanlage des "British Research Establishment" (BRE) in Cardington eine Serie groß angelegter Brandversuche durchgeführt. Der Brand in Broadgate, der entstand, während sich das Gebäude im Bau befand und noch kein baulicher Brandschutz aufgebracht war, demonstrierte, daß Stahlverbundrahmenkonstruktionen sich deutlich besser im Brandfall verhalten als zuvor angenommen. Die Versuche von Cardington waren darauf ausgerichtet, dieses Phänomen zu untersuchen und Testdaten zu liefern, mit denen neu entwickelte Computerprogramme validiert werden können. Zwei Testprogramme, von denen eines vier Versuche und das andere zwei umfaßte, wurden in den Jahren 1995 und 1996 durchgeführt. Die "European Coal and Steel Community" (ECSC) und British Steel (jetzt Corus) förderten das eine Programm, das einen Versuch an einem einzelnen Träger und drei Versuche an größeren Abschnitten umfaßte. Das andere Programm, das zwei Versuche an Abschnitten umfaßte, wurde vom "Department of the Environment, Transport and Regions" (DETR) gefördert und vom BRE ausgeführt. Bei allen Versuchen wurden sämtliche Stützen geschützt, die Träger blieben jedoch ungeschützt. Die Stabilität und Standsicherheit des Tragwerks war nicht gefährdet, obwohl bei den meisten Versuchen die herkömmlichen Richtlinien ein Versagen des Tragwerks vorausgesagt hätten. Es wurde ein Ausschuß gegründet, um die Versuche auszuwerten und die Planungsrichtlinien weiterzuentwickeln. Buro Happold wirkte in diesem Ausschuß mit, der zur Entwicklung der Richtlinie SCI 288 des "Steel Construction Institute" beigetragen hat. In diesem Papier wird die Tatsache anerkannt, daß sich Stahlverbundrahmenkonstruktionen unter Brandbedingungen sehr widerstandsfähig verhalten und in vielen Fällen nicht geschützt werden müssen. Die FEDRA-Abteilung (Fire Engineering Design and Risk Assessment) von Buro Happold hat sich intensiv an der Entwicklung des FEM Finite-Elemente-Methode-Programms "Vulcan" beteiligt, das an der University of Sheffield zur Vorhersage des Brandverhaltens von Stahlrahmengebäuden entwickelt wurde. Das Programm wurde mit dem Versuch von Cardington und anderen internationalen Brandversuchen validiert und ist in der Lage, das reale Gebäudeverhalten sowie die Nebenwirkungen zu bestimmen, die bei großen Durchbiegungen auftreten. Dazu gehört das für den Brandfall typische Auftreten von Zug- und Druckkräften in der Deckenplatte.

Mit der Einführung der neuen europäischen Normen, vor allem des Eurocode 3, Teil 1.5, der das Plattenbeulen behandelt, dürfen nunmehr schlanke Platten auch oberhalb ihrer kritischen, linear-elastischen Beullast bemessen werden. Die Ausnutzung dieser überkritschen Tragfähigkeiten ist jedoch mit großen Verformungen aus der Plattenebene verbunden. Diese Beulverformungen haben keinen Einfluß auf die statische Grenztraglast. Bei wechselnder Belastung, wie dies besonders im Brückenbau der Fall ist, kommt es bei Stegblechen von Brückenträgern zu einem wiederkehrenden Ausbeulen, das als Stegatmen bezeichnet wird. Durch das wiederholte Ausbeulen der Stegbleche können an den Schweißnähten entlang der Beulfeldränder Ermüdungsrisse entstehen, die zu einem vorzeitigen Ermüdungsversagen führen können. Dieser Beitrag behandelt das Trag- und Ermüdungsverhalten von Stahlträgern mit schlanken Stegen. Mit Hilfe der Erkenntnisse aus eigenen Ermüdungsversuchen an sechs großen Stahlträgern werden umfangreiche numerische Parameterstudien durchgeführt. Die Untersuchungen berücksichtigen u.a. die Vorverformung der Stegbleche und die Beanspruchung reine Biegung, reine Querkraft und die gemeinsame Wirkung von reiner Biegung mit Querkraft. Aus den Untersuchungsergebnissen wird ein Bemessungsmodell für rissefreie geschweißte Stahlträger mit schlanken Stegen unter häufig wiederholter Belastung abgeleitet, das für Brückenträger zu einer leicht handhabbaren Bemessungsgleichung vereinfacht wird.

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In diesem Beitrag wird die Analogie des Torsionsstabes zum biegebeanspruchten Zugstab nach Theorie II.Ordnung genutzt, um Probleme der Wölbkrafttorsion mit Hilfe eines Stabwerksprogramms zu lösen. Dieses Verfahren ist sehr anschaulich, einfach und praxisgerecht. Es werden die Hintergründe der Analogie betrachtet und alle zur praktischen Anwendung notwendigen Größen und Randbedingungen zusammengestellt. Anhand von bekannten Zahlenbeispielen werden die so ermittelten Lösungen mit denen herkömmlicher Verfahren verglichen.

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